Технологии мультисервисных сетей доступа (лекция 4)

1.

1
Лекция 4
Технологии мультисервисных сетей доступа
Технологии на базе радиотехнических средств
1 Фиксированные сети радиосвязи
1.1 Первое поколение
1.2 Второе поколение
1.3 Третье поколение
1.4 Четвертое поколение
1.5 Пятое поколение
2 Сети мобильной радиосвязи
2.1 Первое поколение
2.2 Второе поколение
2.3 Третье поколение
2.3.1 Концепция IMT-2000
2.3.1.1 Радиоспектр для сетей 3G
2.3.1.2 Радиоинтерфейсы для наземного сегмента IMT-2000
2.3.2 Концепция UMTS
2.4 Четвертое поколение
2.4.1 Сети Wi-Fi
2.4.2 Технология LTE
2.4.2.1 Абонентские устройства
2.4.3 Мультисервисная концепция Ericsson
2.5 Пятое поколение
3 Аспекты структуры сети доступа
Технологии на базе радиотехнических средств используются в сетях фиксированной
или мобильной радиосвязи. Применение находят также и комбинированные системы.
Основные характеристики оборудования поколений сетей фиксированной радиосвязи
приведены в таблице 1.
1 Фиксированные сети радиосвязи
В фиксированных сетях радиосвязи можно выделить четыре группы технологий.
Первые две группы используют радиотехническое оборудование, обеспечивающее
поддержку узкополосных (до 2048 кбит/с) услуг, и широкополосных (свыше 2048 кбит/с)
услуг.
Эти технологии стали применяться к решению проблемы “последней мили”,
поскольку они обладают преимуществами при отсутствии или недостаточном развитии
кабельной инфраструктуры (труднодоступные районы, пригородные зоны, сельская
местность), невозможности прокладки абонентских линий или слишком большой их
стоимости. Эти технологии используются в системах связи на участке между
фиксировнными абонентскими терминалами (телефонными аппаратами) и АТС вместо
проводной абонентской части телефонной сети.
1.1 Первое поколение
Первое поколение оборудования систем радиодоступа появилось в 1960-е годы. Это
были в большинстве своем узкополосные аналоговые средства доступа к аналоговым

2.

2
АТС, позволяющие реализовать до нескольких десятков или сотен телефонных каналов.
Как правило, оборудование используется в качестве радиоудлинителя между станцией и
телефонным аппаратом, либо в качестве беспроводного телефонного аппарата.
Оборудование, обеспечивающее поддержку узкополосных услуг использует
конфигурацию связи "Point to Point" (PTP) и применяется для организации тракта между
двумя приемопередатчиками. Передача сигнала обеспечивается независимо от рельефа
местности, поскольку базовые станции могут размещаться на господствующих высотах и
существует возможность использовать ретрансляторы. Среди специалистов такое
оборудование получило название удлинитель телефонных каналов (УТК),
"радиоудлинитель" или беспроводная АЛ – WLL (Wireless Local Loop). Типовая структура
доступа приведена на рисунке 2.
Таблица 1 - Характеристики оборудования поколений сетей радиодоступа
Характеристика
Стандарт
Диапазон
частот
Полоса
частот
Скорость
передачи
в канале
Дальность
действия
Технология
доступа
Услуги
связи
Область ис пользования
1-е поколение
МРТ 1327,
СТ0, СТ1
003 – 1 ГГц
2-е поколение
3-е поколение
4-е поколение
TDMA, CDMA, FH CDMA, DS 802.11a LAN,
DECT,
ST-2, CDMA,
802.11, MAN,
IS-95
802.11b, 802 15.1 802. 11g LAN,
802.15.4 802.16
MAN,
IMT2000
1 – 26ГГц
1 – 26ГГц
2,4 – 42ГГц
25 кГц
3,5 – 14 МГц
1 – 14МГц
19,2 кбит/с
64, 144 кбит/с, 0,2 - 10 Мбит/с
2 Мбит/с
1 – 20МГц
5-е поколение
802.16a,e,d
802.15.3,
802.15.3a
1 – 60 ГГц
1 – 7000МГц
0,2 - 100 Мбит/с до 100 Мбит/с на
абонента
7 км (MAN)
300 м (LAN)
TCP/IP, TDD,
FDD, CDMA,
SDMA, TDMA,
OFDMA,
Передача речи, Передача речи, Передача речи,
Передача речи,
данных по ком- данных по ком- данных по комму- данных по коммутируемым
мутируемым тируемым аналого- мутируемым
аналоговым
аналоговым и вым, цифровым и аналоговым,
IP сетям
цифровым и IP
сетям
цифровым
сетям, а также
сетям
видеоизображе ний
1 7 км(MAN)
300 1000м (LAN)
TCP/IP,
TDD,
FDD,
CDMA,
SDMA, TDMA,
OFDMA,
Дальнейшее
развитие услуг
связи 4-го поколения для создания
индивидуального
информационного
пространства для
человека
Офисная связь Офисные сети, Сети LAN, MAN, Сети LAN, WiFi, Сети LAN, WiFi,
в городе, селе корпоративные FWA, BWA
Сети
MAN, Сети˚MAN,
сети, FWA
WiMax
WiMax, UWB
200 м
До 70 км
FDMA, FDD
5 15 км
30 км(MAN)
300 м (LAN)
TDMA, FDD, CDMA, TDD, FDD,
DECT, CT2, TCP/IP, UDP/IP,
TDD
Аналоговые радиоудлинители работают в диапазоне частот до 1 ГГц и применяются,
в основном, в малонаселенных сельских местностях. По техническим характеристикам
абонентский блок может работать с такими оконечными устройствами как телефон,
модем, факсимильный аппарат.
Скорость передачи данных модемом зависит от уровня помех радиоканала и
качества модема и может колебаться от 9,6 до 22 кбит/с. Удлинители допускают удаление
от опорной АТС в зависимости от диапазона используемых частот до 70 км. Так диапазон

3.

3
33 – 57,5 МГц обеспечивает радиус действия до 70 км, а диапазон 330 МГЦ и 450 МГц
обеспечивает радиус действия до 50 км с таким же качеством связи, как при проводном
подключении к городской АТС.
С развитием оборудование УТК приобрело дополнительные функции: защита от
перегрева, самотестирование, звуковая индикация режима поиска свободного канала,
защита от несанкционированного доступа, возможность конференцсвязи.
РСТА – радиостанция абонентская
РСТСТ – радиостанция станционная
Рисунок 2 - Структура радиоудлинителя ТЛФ каналов
В России в целях радиодоступа к аналоговым АТС используется оборудование
системы «Алтай», сменой которого считается оборудование транкинговой системы
радиосвязи стандарта МРТ 1327.
В диапазоне частот 900 МГц в режиме УТК используется также и оборудование
бесшнуровых телефонных аппаратов (БТА). Примером такого оборудования может
служить БТА РИТАЛ-900М, используемый совместно с мини-АТС РИТАЛ-МУЛЬТИ. В
состав абонентского блока станции входит эмулятор абонентской двухпроводной линии,
что дает возможность подключать кроме телефонного аппарата факс и модем со
скоростью передачи 9600 или 19 200 бит/с. Такой абонентский блок называют:
«телефонная радиорозетка». Оборудование РИТАЛ-900 обеспечивает дальность до 3-5 км
в городских условиях и до 10-15 км в условиях прямой видимости на открытой местности.
К первому поколению оборудования систем радиодоступа относятся также БТА
диапазонов 30-40 МГц и 900 МГц, которые подключаются к телефонной сети как
показано на рисунке 3.
БРБ – базовый радиоблок
ПАРБ – портативный абонентский радиоблок
Рисунок 3 - Бесшнуровой телефонный аппарат
На территории РФ разрешено применение двух типов аналоговых БТА, относящихся
к классам СТ0 и СТ1. Первыми появились БТА класса СТ0 (диапазон 30-41 МГц), радиус
действия которых, как правило, не превышает 100 м. Число одновременно действующих

4.

4
каналов в режиме разговора – до 10. БТА класса СТ1 (диапазон 900 МГц – разрешенные
полосы 814-815 и 904-905 МГц) являются развитием систем БТА класса СТ0 (Cordless
Telephone 0) и позволяют организовать в выделенной полосе частот от 20 до 80
одновременно работающих каналов.
Аналоговые БТА классов СТ0 и СТ1 обладают общими недостатками, к которым
относятся: малое количество каналов, плохая защищенность от несанкционированного
прослушивания переговоров и использования телефона. Применение БТА диапазона 900
МГц разрешено до окончания срока службы, а производство, ввоз и реализация
запрещены Решением ГКРЧ от 22.12.2003 г. В Решении рекомендовано перейти на
технологии DECT или СТ2 (Cordless Telephone 2).
1.2 Второе поколение
Второе поколение оборудования систем радиодоступа (1980-е годы) развивалось
прежде всего в направлении создания корпоративных протяженных систем радиодоступа.
В целом системы радиодоступа второго поколения были направлены на создание
телефонных сетей более высокого качества. В силу неразвитости компьютерных сетей и
сетей передачи данных последняя рассматривалась как дополнительная услуга. Цифровые
каналы систем радиодоступа имели скорость передачи 64 кбит/c. Качество передачи речи
соответствовало качеству в сетях ISDN. Присоединение к сети общего пользования
осуществлялось как по аналоговым, так и по цифровым интерфейсам. К этому поколению
относятся системы стандартов DECT и СТ2, обеспечивающих подключение терминалов с
услугой цифровой телефонии. На базе этих систем радиодоступа развернуты как
корпоративные, так и коммерческие сети связи.
К началу 1990-х годов в мире проявилась тенденция экспоненциального роста
объемов обмена данными в компьютерных сетях, уже существовала сеть Интернет, услуга
доступа к которой стала популярной, а существующие радиосети не могли конкурировать
с проводными даже для локальных сетей. В связи с этим в институте IEEE (США) была
создана исследовательская группа для разработки стандарта для оборудования
беспроводных локальных сетей (WLAN). С этого момента начался новый этап развития
систем радиодоступа. Стандарты этой исследовательской группы, получившие
обозначение IEEE 802.11 быстро завоевали популярность среди потребителей и
производителей оборудования прежде всего из-за простоты оборудования Radio Ethernet.
Оборудование стандарта IEEE 802.11 работает в диапазоне 2,4-2,4835 ГГц и
ориентировано на удовлетворение потребностей внутриофисных локальных сетей, в
которых отдельным абонентам доступна скорость передачи, не превышающая 256 кбит/с,
что ограничивается низкой эффективностью используемых протоколов S-ALONA или
CSMA-CA. Эта скорость оказалась недостаточной для связи между компьютерами
локальной сети, и поэтому появилась модификация стандарта- IEEE 802.11b, в которой
скорость передачи в радиоканале увеличена до 11 Мбит/с (в стандарте IEEE 802.11 эта
скорость была равна - 1 Мбит/c). Постепенно начала снижаться стоимость оборудования и
стандарт стал популярным в компьютерных сетях, а затем и у связистов.
Оборудование стандарта IEEE 802.11b постоянно совершенствуется и выпускается
такими хорошо зарекомендовавшими себя производителями как Cisco, Lusent Technologis.
В России оно было сразу усовершенствовано в направлении расширения зоны покрытия
базовой станции. Для этого в передающую часть были установлены усилители и
направленные антенны, для того, чтобы была возможность работы вне закрытых офисных
помещений. Поскольку в России диапазон 2,4-2,4835 ГГц относится к категории
«правительственная», то операторам для работы необходимо получить разрешение
Главного радиочастотного центра (ГРЧЦ) Федерального агенства связи (ФАС). Теперь эта
процедура упрощена.

5.

5
В Санкт-Петербурге использование оборудования стандарта IEEE 802.11b дает
возможность обеспечить услуги в диапазоне 2,4 ГГц таким операторам, как ЗАО «ПТС»,
ЗАО «Петерстар», ОАО «Северо-Западный Телеком».
Стандарт IEEE 802.11 стал отправной точкой для разработки ряда технологий
сходных по организации протоколов, но не требующих больших скоростей передачи. Так
стандарт IEEE 802.15.1 (который известен и как Bluetooth) со скоростью 722 кбит/с в
радиоканале, стандарт IEEE 802.15.4 со скоростями 20, 40 и 250 кбит/с обеспечивают
связь оборудования различного назначения внутри дома (подключение датчиков,
сенсоров, управляющих систем дома или офиса) для образования единой сети. Начала
коммерческое развитие AH-технология (Ad Hoc), в которой все входящие в сеть приемопередающие устройства выполняют роль коммутаторов-ретрансляторов.
В это же время в системах радиосвязи началось использование технологии Ethernet,
без которой сейчас уже невозможно представить современные сети радиодоступа.
1.3 Третье поколение
Третье поколение систем радиодоступа характеризуется началом активного
использования компьютерных технологий передачи информации и конвергенцией сетей
проводной и радиосвязи. С точки зрения протоколов обмена, системы с диапазоном 3,44,2 ГГц имеют компромиссную реализацию и могут рассматриваться как продукт,
занимающий до сегодняшнего дня специфический участок рынка систем радиодоступа.
Системы направлены на предоставление услуг передачи речи и данных с присоединением
к ТфОП и сетям передачи данных общего пользования (СПД ОП). Структура сети
третьего поколения приведена на рисунке 4.
Отсутствие стандартизации систем с диапазоном 3,4-4,2 ГГц в мировом масштабе
привело к большому разнообразию в реализации радиоинтерфейсов различных
производителей. Сам радиоинтерфейс является синхронным и организован эффективно.
Но способы разделения каналов для доступа к общему каналу передачи применяются
самые различные: частотный (FDMA), временной (TDMA), кодовый (CDMA) и их
комбинации. При разделении дуплексных каналов используются частотное (FDD) и
временное (TDD) разделение.
На базе этих систем оказалось удобным строить городские сети (MAN) с полным
спектром предоставляемых услуг. Это обстоятельство вызвало необходимость расширить
диапазоны частот для реализации уже опробированных технологий. Это расширение
осуществлялось в начале за счет переноса спектра с помощью конверторов в более
высокочастотную область. Так, нехватка частотного ресурса в диапазоне 2,4 ГГц
компенсировалась переносом в диапазон 5,7 ГГц, а нехватка частотного ресурса в
диапазоне 3,4 ГГц - переносом в диапазон 10,5 и 26 ГГц.
Третье поколение систем дало толчок развитию высокоскоростных сетей
распределения синхронных потоков, кратных Т1 и Е1 (G.703), из-за стремительного роста
потребностей по присоединению к ТфОП прежде всего сотовых систем и различного рода
УПАТС, а также развитию систем распределения телевизионных программ MMDS
(технология распределения в диапазоне 2,3-2,7 ГГц) и LMDS (технология распределения в
диапазоне 26-29 и 40-43 ГГц).
Система широкополосного многостанционного радиодоступа в магистральную сеть
и многоточечного распределения информации в широковещательном и выделенном

6.

6
режимах LMDS (Local Multipoint Distribution System), или, как ее еще называют,
локальная многоточечная коммуникационная система Local Multipoint Communication
System (LMCS), предназначена для организации беспроводных решений абонентской
части мультисервисных сетей. Системы LMDS/LMCS используют ATM-технологию,
формирующую на цифровой сети универсальную транспортную среду для передачи
различных видов трафика, позволяющую организовать высокоскоростные соединения и
обеспечить гарантированное качество обслуживания. Кроме того, функциональные
возможности технологии ATM объединяются с определенными преимуществами
технологии временного мультиплексирования (TDM), например, такими, как малое время
задержки, а также интеграция с существующими TDM-сетями. Комбинация технологий
ATM и TDM обеспечивает максимальное разнообразие услуг, доступных клиентам
мультисервисной сети любого типа, как фиксированной, так и мобильной.
Технология LMDS была стандартизована ITU-R (F.748) и в начале предназначалась
для подачи телевизионных программ. Она обеспечивает высокоскоростную передачу
данных (96 каналов) и цифровое телевещание в диапазоне 27,5 – 29,5 ГГц. Также могут
быть организованы двухсторонние каналы для телефонной связи, обмена данными, видеоконференц связи, интерактивного TV. Из поддерживаемых услуг следует выделить услугу
"Видео по заказу", которая в последние годы становится все популярнее, и услугу
высокоскоростного доступа в Internet.
Сеть, использующая эту технологию, имеет сотовую конфигурацию с базовыми
станциями, размещенными в центе соты и подключенными к пункту распределения
информации (коммутационному оборудованию), и через него связанными с сервером.
Зона покрытия базовой станции составляет 4--15 км. Ее размер зависит от
выбранного частотного диапазона и территориальных особенностей, а также от
требований к надежности канала.
В системах третьего поколения положено начало развития систем передачи
информации (речь, данные, видеоизображения) с использованием пакетной передачи и
коммутации, что обозначается уже привычным выражением «поверх IP».
1.4 Четвертое поколение
Четвертое поколение (2000-е годы) систем радиодоступа должно решать задачи
предоставления широкополосных услуг передачи данных, доступа в Internet, передачи
видео- и телеизображений в реальном масштабе времени, мультимедийной информации, а
также услуг цифровой телефонии.
В системах третьего поколения уже ощущалась необходимость совершенствования
радиоинтерфейсов, повышения их производительности и спектральной эффективности. В
системах четвертого поколения в этом направлении достигнуты значительные успехи. Это
произошло за счет применения спектрально-эффективных методов модуляции и
кодирования. Так спектральная эффективность повысилась с 0,75 до 3 бит/с на 1 Герц и
более.
Доступными стали скорости передачи до 100 Мбит/с на одну несущую. Реальная
скорость в канале связи для стандарта IEEE 802.11а возросла до 30 Мбит/с, что в
сочетании с ортогональной частотной модуляцией предоставляют возможность
пользователю комфортно работать в любой точке локальной или городской сети
благодаря повышенной устойчивости сигнала к замираниям и, следовательно, без прямой
видимости базовой станции или точки доступа.
Доступ к ресурсу общего канала в системах четвертого поколения осуществляется с
использованием всех возможных видов разделения каналов. К ним относятся все
перечисленные методы плюс ортогональное частотное разделение (OFDMA) и
пространственное разделение (SDMA), которые служат как для увеличения количества
активных абонентов (поскольку дает возможность передавать большое количество

7.

7
полезных сигналов), так и для повышения пропускной способности соединения:
“абонентское устройство (АС) – базовая станция (БС)”.
Технология MIMO реализует обработку сигналов со многими входами
(приемниками) и многими выходами (передатчиками) и дает возможность увеличить
количество активных абонентов в одной полосе частот в несколько раз по сравнению с
методами CDMA, TDMA и FDMA либо увеличить скорость передачи от абонента в 2-4
раза. Эта технология поддерживает конфигурацию "Point to Multipoint" (PTM). Для
подключения к системе нового абонента достаточно иметь свободную номерную емкость
и абонентский терминал. При дефиците емкости системы ее легко расширить
дополнительными модулями. Стоимость системы не растет с увеличением расстояния до
абонента (конечно, в пределах зоны обслуживания базовой станции).
Первые системы "Point to Multipoint" были предназначены исключительно для
телефонной связи. Широкополосные услуги ими не поддерживались. В настоящее время в
большинстве систем, использующих конфигурацию "Point to Multipoint", предусмотрена
поддержка широкополосных услуг.
Системы четвертого поколения поддерживают и концепцию локальных зон
свободного доступа к услугам связи - WiFi (или HotSpot) и зон свободного доступа вне
офиса в масштабах города – WiMax, когда пользователь может получить те же услуги
связи как в любой точке города, так и в своей локальной сети. Характерным примером
такого решения считается оборудование, соответствующее семейству стандартов IEEE
802.11а, 802.11g и IEEE 802.16, 802.16а. Последнее более известно по аббревиатуре
WiMAX.
В этот период развития систем четвертого поколения сформировалось понимание,
какие системы применять для решения задач построения «последней мили», а какие – для
решения задач доступа к абоненту.
Получили развитие системы внутриофисного и домашнего применения, которые
различались в зависимости от решаемых задач. Стандарт IEEE 802.15.4,
эволюционизировал в направлении поддержки решения многочисленных задач внутри
дома и офиса.
Необходимо отметить развитие и уровня конструктивного исполнения оборудования
радиодоступа. Абонентские станции со множеством управляющих кнопок и индикаторов
ушли в прошлое. Современные абонентские станции требуют минимальных знаний для
установки, которая выполняется в режиме «Plug and play». Они способны практически без
потери эффективности работать на отраженном сигнале и содержат встроенные средства
адаптации к внешним условиям. Современное оборудование систем радиодоступа
содержит коммутационное, маршрутизирующее оборудование, средства управления, а
также большой объем программного обеспечения для управления, мониторига,
тарификации и других функций сети.
Развитие интерфейсов с ТфОП прошло путь от аналоговых абонентских линий до
цифровых интерфейсов Е1, V5.1 и V5.2. Интерфейсы с СПД общего пользования
пополнились интерфейсами стандарта Ethernet. Пользовательский интерфейс также
подвергся изменениям, несколько усложняющим действия абонента по использованию
системы радиодоступа. Так, после установки абонентского оборудования ему необходимо
подключить компьютер, инсталлировать программу – драйвер, взаимодействующую на
уровне Ethernet с компьютером или другим оборудованием. Правда, необходимо отдать
должное усилиям производителей, которые стремятся разрабатывать дружественные к
пользователю интерфейсы, и поэтому программа-интерфейс пользователя интегрируется в
общий пользовательский интерфейс ОС Windows 2000, Windows XP, Windows NT,
Makintosh.
По отношению к оборудованию четвертого поколения нельзя не отметить
преобладающую тенденцию к глобальному процессу стандартизации. Во всех странах
введен один диапазон частот, стандартизованы интерфейсы, параметры радиоинтерфейса

8.

8
и другие характеристики для того, чтобы оборудование любого производителя могло
использоваться в любой стандартизованной сети. Так, современные карты для
компьютеров и PCMIC-карты для ноутбуков поддерживают стандарты IEEE 802.11а,
802.11b, 802.11g, учитывающие модификации, специфичные для Японии, США и Европы.
Дальнейшее развитие оборудования четвертого поколения планируется в
направлении глобализации, индивидуализации и адаптивности на всех уровнях модели
OSI.
1.5 Пятое поколение
Пятое поколение (2010-е годы) систем радиодоступа должно решать проблемы
организации индивидуального комфортного информационного пространства для человека
в его доме, офисе, на улице. Скорости передачи, которые необходимо обеспечить на
одного абонента составят не менее 100 Мбит/c. Предполагается, что большинство задач
возможно будет решить, используя сверхширокополосную технологию радиосвязи –
(UWB).
Результатом процесса стандартизации, который идет в группе IEEE 802.15.3, явился
стандарт IEEE 802.15.3а, регламентирующий использование сверхширокополосного
сигнала, собранного из сигналов отдельных независимых частотных каналов. На стадии
завершения стандарт по традиционной сверхширокополосной технологии, использующей
субнаносекундные импульсы для передачи сообщений.
Дополнительное оборудование, входящее в тот же терминал абонента, позволяет
использовать его и в движущихся объектах, получая информацию в движении со
скоростью до 150 кбит/с при изменяющейся скорости передачи в радиоканале. Таким
образом, будут созданы технические предпосылки для конвергенции систем стационарной
и подвижной радиосвязи.
Высказывают опасения, что сети радиодоступа со временем могут потерять свою
фиксированную составляющую. Однако, существуют по крайней мере три причины, по
которым такие опасения преждевременны:
- подвижная связь не решает всех проблем абонента, а поддерживает только уровень
абонентского доступа (абонентский терминал – базовая станция), а остальные задачи
требуют решения на базе фиксированной связи;
- подвижная связь объективно дороже и обеспечивает худшее качество, чем
фиксированная;
- как показывает история развития и уже накопленный опыт, все виды радиосвязи и
радиодоступа находят и найдут применение в будущем.
К третьей группе относится технология лазерной связи, которая используется для
поддержки широкополосных услуг с конфигурацией связи P2P (Point-To-Point), известная
по аббревиатуре FSO (Free Space Optics). FSO-системы - их называют еще «беспроводным
оптоволокном» - работают в диапазоне более коротких длин волн. Лазерная связь
используется для создания цифровых широкополосных трактов (номинальная пропускная
способность систем – до 155 Мбит/с) в зоне прямой видимости протяженностью в
несколько километров. Лазерные соединения обладают преимуществами перед
радиоканалами в части информационной безопасности (перехватить передаваемую
лазерным лучом информацию практически невозможно, не разорвав канал связи) и
помехоустойчивости. Проблемы в работе лазерных каналов появляются в основном по
утрам и вечерам, когда приемное устройство FSO-системы ориентировано прямо на
солнце.

9.

9
Еще одно преимущество, которое важно для организаций, которые планируют
использовать оптические беспроводные системы в своих зарубежных филиалах,
заключается в том, что правительства государств регулируют применение радиочастот, а в
отношении оптического диапазона таких правил не существует. Поэтому применяемую в
одной стране FSO-систему возможно использовать и в других странах.
Хотя лазерные соединения обладают преимуществами перед радиоканалами в
помехоустойчивости, но они сильнее подвержены влиянию метеоусловий и перестают
работать при густом тумане, дыме или снегопаде. К недостаткам можно отнести и
наличие человеческого фактора: некоторые люди чувствуют себя не комфортно при
работе с лазерами, опасаясь травмировать глаза лазерным лучом.
Необходимо учитывать также, что из-за очень узкой направленности лазерного луча,
на работу FSO-системы может влиять покачивание высоких зданий, на которых
устанавливаются эти системы. Чтобы уменьшить эти влияния, лазерные системы
оснащаются специальными зеркалами автокорректировки положения луча. В более новых
системах средства FSO дополняются резервными устройствами, позволяющими
передавать информацию в более широком радиолуче, в случае, когда работа FSO-канала
становится неустойчивой.
В ходе инсталляции при наведении FSO-устройств друг на друга возникают
трудности. Поэтому, если предполагается применять эту систему для экстренной
организации аварийного резервирования каналов связи, то необходимо учитывать
трудности инсталляции и проверять насколько узлы крепления обеспечивают стабильную
ориентацию устройств FSO. С этой целью системы снабжаются специальными штативами
с кронштейнами для крепления к металлическим, бетонным или кирпичным элементам
здания.
По времени задержки необходимо отметить, что системы FSO вносят граздо
меньшую задержку, чем радиосистемы. При изменении скорости передачи трафика с 25
до 100 Мбит/с и размера пакетов (с 128 до 1562 байт) вносимая задержка оставалась
практически неизменной. В отличие от систем FSO работа радио средств ухудшалась при
увеличении размера пакетов и повышении скорости передачи.
Современные системы FSO снабжаются хорошими средствами управления и
контроля выходной мощности и других параметров, включая интерфейс меню, доступный
по протоколу Telnet через отдельный управляющий интерфейс UTP. Кроме того, система
управления наделяется функциями пересылки хранимых журналов (предупреждающих
сообщений и статусный) по протоколу FTP и передает SNMP-оповещения, с помощью
которых пересылается базовая информация о системе на центральную консоль
управления сетью. Функции устройства управления реализуются посредством HTTPинтерфейса.
Необходимо отметить, что появление новых технологий не означает, что
подключение телефонных аппаратов по двухпроводным физическим цепям не будет
применяться операторами ТФОП. Для тех абонентов, которым необходимы только услуги
телефонной связи, такой вариант организации сети доступа вполне приемлем, если он
экономически оправдан.
2 Сети мобильной радиосвязи
В последнее время мобильная связь развивается наиболее динамично по сравнению с
другими видами связи. Объем Российской абонентской базы мобильной связи к 2010 году
прогнозируется на уровне 30-35 млн. Можно сформулировать следующие направления
развития сетей мобильной связи:
- сотовые сети, обеспечивающие мобильных абонентов связью по всей зоне
обслуживания;

10.

10
- сети персонального вызова, обеспечивающие передачу сигналов вызова и коротких
сообщений;
- транкинговые системы (как правило, ведомственного или технологического
характера), имеющие радиальную или радиально-зоновую структуру;
- спутниковые сети мобильной связи, которые могут функционировать как
дополнение к сотовым сетям.
Сети мобильной связи можно рассматривать как одно из специфических средств,
используемых в мультисервисных сетях доступа, существенное отличие которого с точки
зрения общих принципов построения инфокоммуникационной системы заключается
только в уровне присоединения. Все сети мобильной связи используют собственные
центры коммутации.
В развитии сетей мобильной связи можно выделить несколько этапов, наступление и
смена которых определялись сменой технологий, которые регламентировались
международными стандартами. Эти технологии порождали поколения (generations)
оборудования (1G — аналоговая сотовая связь, 2G — цифровая сотовая связь, 3G —
широкополосная цифровая сотовая связь) со все возрастающими возможностями по
предоставлению услуг.
Изначально технологии мобильной связи создавались для передачи речи, но в
последнее время развитие этих технологий происходит в направлении увеличения
скорости передачи с целью удовлетворения потребностей пользователей в
широкополосных услугах, хотя приоритет при этом отдается голосовым соединениям.
Выборочные характеристики поколений оборудования сетей мобильной связи
приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Выборочные характеристики поколений оборудования сетей мобильной связи
Характерис
Этапы эволюции (поколения систем)
-тики
систем
Скорость
передачи,
кбит/с
Технологии
радиосвязи
Базовые
услуги
2G
(19922010)
9,6-14,4
2,5G
(2000-2010)
3G
(2002-2015)
115-384
GSM,
TDMA,
cdmaOne
(IS-95)
GPRS, EDGE, WCDMA,
IS-136+,
IMT-2000,
1XRTT
UMTS,
3XRTT
Исследуются
Речь
Речь, данные
Полный
спектр
услуг связи, и
Интернета,
мультимедиа;
контекстнозависимые услуги,
локализация
384-2000
4G
(2010-2025)
2000-20 000
Высокоскоростной
беспроводный Internet,
UWB
WCDMA+,
WOFDM,
Речь, данные, Мультимедиа,
видеоданные, локализация,
локализация,
мобильный
доступ
к Интернет,
WWW
контекстнозависимые
услуги
5G
(2015-2050)
20 000-100 000
2.1 Первое поколение
К первому (1G; 1982-1991) поколению относятся сети, с оборудованием, основанном
на аналоговых методах передачи речевых сигналов. Среди технологий поколения (1G)
наиболее распространенными являются технологии, соответствующие стандартам NMT
(Nordic Mobile Telephone System) таким, как NMT-450 (введен 1978 г.) и NMT-900 (введен
1986 г.), которые являются стандартами для аналогового оборудования сотовой связи. В

11.

11
соответствии со стандартом NMT-450 передача речи осуществляется с помощью фазовой
модуляции (пиковая девиация ± 5 кГц), а все служебные сигналы являются цифровыми и
передаются с использованием, быстрой частотной манипуляции (FFSK – Fast Frequency
Shift Keying) со скоростью 1200/1800 бит/c. Также, хотя и с невысокой скоростью, равной
9,6 кбит/с, может осуществляться передача данных. В стандарте NMT-900, который в
принципе не отличается от стандарта NMT-450, основное усовершенствование связано с
разработкой новой структуры кадра и повышением качества обслуживания абонента.
Некоторые характеристики стандартов приведены в таблице 3.
Таблица 3 – Выборочные характеристики стандартов NMT
Наименование
Версия стандарта
характеристики
NMT-450
NMT-900
Полоса частот, МГц:
- линия “вверх”
453-457,5
890-915
- линия “вниз”
463-467,5
935-960
Количество каналов
180(225)
999
Радиус соты, км
15-40
2-20
Необходимо отметить, что усовершенствованная версия стандарта NMT-450i
использует систему сигнализации SS7, процедуру идентификации абонента и более
высокое по сравнению со стандартом NMT-450 качество обслуживания абонента,
доведенное до уровня стандарта NMT-900.
Достаточно распространенным является стандарт на аналоговую систему сотовой
связи, разработанный в Bell Labs США – AMPS (Advanced Mobile Phone Service). Этот
стандарт, разработанный в 1983 г., входит в серию IS промежуточных стандартов, как
аналоговая часть промежуточного стандарта IS-54. (Цифровая часть промежуточного
стандарта IS-54, известна как стандарт (1992 г.) TDMA (Time Division Multiple Access). В
1996 г. была принята модернизированная версия этого стандарта – IS-136).
Фактически промежуточный стандарт IS-54 является родоначальником современной
сотовой связи. Работает в. диапазоне 824-894 МГц и первоначально имел 624 голосовых и
42 управляющих дуплексных каналов при ширине полосы частот каждого канала 30 кГц.
(Позже число каналов возросло до 832). Для звонков используется метод FDMA
(Frequency Division Multiple Access - многопользовательский доступ с частотным
разделением). Сигнал - аналоговый, чувствительный к помехам, и не имеет защиты от
подслушивания. Кроме того, перехватив идентификационные сигналы (пару ESN/MIN),
можно было «клонировать» телефон и совершать звонки за чужой счет.
В настоящее время в России функционируют федеральные сети на базе стандартов
NMT-450, GSM и региональные сети стандарта AMPS/DAMPS, которые являются
составной частью ВСС РФ и взаимодействуют с телефонной сетью общего пользования.
Аналоговые сети NMT-450 развернуты в 59 регионах России с общим количеством
абонентов 370 тыс. Аналого-цифровые сети стандарта AMPS/DAMPS развернуты в 54
регионах России с общим количеством абонентов 720 тыс.
Особенность подвижной связи состоит в том, что значительная концентрация
абонентов наблюдается в Московском регионе, Санкт-Петербурге и Ленинградской
области, их численность составляет более 70% от общего числа российских абонентов.
Показатель проникновения в этих регионах находится на уровне 30-40%. На остальной
части России он остается низким - менее 1%.. В 39 регионах функционируют сети трех
стандартов, в 22 регионах – двух стандартов и в 11 регионах – одного стандарта.

12.

12
2.2 Второе поколение
Второе поколение (2G; 1992-2001) сотовых сетей подвижной связи использует
цифровые методы формирования, передачи и обработки сигналов, регламентированные в
стандартах GSM (Global System for Mobile Telecommunications), IS-95 (коммерческое
название системы - cdmaOne), D-AMPS, JDC Для оптимального распределения
радиоспектра между пользователями в стандарте GSM применена комбинация методов
множественного доступа TDMA, FDMA и CDMA.
Для защиты от прослушивания используется закрытый радиоканал. Одним из
ключевых моментов в организации этого стандарта является использование SIM-карты
как модуля подлинности абонента, что позволяет абоненту пользоваться любой станцией
стандарта GSM.
Наиболее динамично в нашей стране развиваются технологии, основанные на
стандарте GSM и поэтому наиболее широко распространены именно GSM-сети.. Акроним
GSM сначала означал - Group Special Mobile, по названию группы анализа,
разрабатывающей стандарт, который теперь известен как Global System for Mobile
Communications. Его разработка началась в 1982˚г. и проводилась группой из 26
Европейских национальных телефонных компаний. Конференция Европейских Почтовых
и Телекоммуникационных Администраций или CEPT, стремились построить единую для
всех Европейских стран сотовую систему с диапазоном около 900 MHz. В 1989 г. ETSI
(Европейский Телекоммуникационный Институт Стандартов) взял ответственность за
дальнейшее развитие GSM. В 1990 были опубликованы первые рекомендации.
Спецификация GSM (G1 - этап 1 развития стандарта) была опубликована в 1991. В
дальнейшем стандарт претерпел изменения, которые относились к изменениям
номенклатуры услуг и расширению диапазона. Эти изменения оборудования происходили
этапами, которые в рамках второго поколения получили свои обозначения при помощи
десятичных чисел. Часть из оборудования относится к поколению 2.5G, а некоторое - к
более позднему поколению 2.75G.
Прежде всего, следует сказать, что основополагающее отличие 2G-сетей от 2.5G
заключается в поддержке последними технологии GPRS (General Packet Radio Service); а
сети 2.75G помимо GPRS поддерживают еще и технологию EDGE (Enhanced Data rates for
GSM Evolution), которая является дальнейшим развитием GPRS и обеспечивает
повышенную скорость передачи данных. Аппараты для работы в GSM-сетях поколений
2.5/2.75 делятся на три класса: класс А (одновременная передача данных и голоса), класс
В (передача либо данных, либо голоса) и класс С (только данные).
На этапе 2 (G2), который завершился приблизительно к 1997 г, использовался
диапазон 1900 МГц (1995 г.), а на этапе 2+ (G2+), не связанным с конкретным годом
внедрения, все работы по которому проводились ETSI, количество уже внедренных и
находящихся в стадии утверждения услуг превышало 50.
Стандарт GSM обеспечивают передачу речи, данных, факсимильных сообщений со
скоростями до 9600 бит/с. Для передачи данных используется один голосовой канал (CSD,
Circuit Switched Data), обеспечивающий скорость доступа порядка 9,6-14,4 Кбит/с.
Также есть вариант, позволяющий использовать до четырех аудиоканалов и
обеспечивающий скорость до 57,6 кбит/с (HSCSD - High Speed CSD). Для взаимодействия
с сетями ТфОП, Интернет, сетями ПД разработаны интерфейсы, которые определены
рекомендациями ETSI.
Здесь необходимо также упомянуть и о стандарте GSM400, который был принят
ETSI в 2001 году Изначально стандарт GSM400 разрабатывался для замены аналоговых
сотовых сетей, в частности сетей NMT-450. Наибольшее распространение подобные сети
получили в некоторых странах Европы, в том числе и в России, а также в Латинской
Америке, Азии и других местах.

13.

13
Большинство стран земного шара приняли стандарт GSM диапазона 900 МГц к
реализации или развивают его для построения таких сетей в диапазонах частот 1800 МГц стандарт DCS 1800 в Европе, и 1900 МГц - стандарт PCS 1900 в США.
Система GSM (рисунок 5) состоит из трех основных частей: подсистемы подвижных
станций (MSS – Mobile Station Subsystem), по