Проект системы радиодоступа в п. Омчак Магаданской области

Традиционные проводные сети составляют основу телекоммуникационной инфраструктуры и еще долго сохранят значимость. Однако их развитие происходит медленно и не всегда успевает за спросом. Построение таких систем сопряжено с высокими первоначальными затратами, а срок окупаемости проекта может растянуться на долгие годы.

В современных системах связи все шире применяются технические решения, основанные на технологиях радиодоступа, которые во многом свободны от этих недостатков, требует минимального времени развертывания. Этим достигается высокая экономическая эффективность, особенно на этапе создания базовой инфраструктуры.

Хотя аппаратура беспроводного доступа по своему построению во многом близка к оборудованию мобильной связи, между ними существует ряд важных различий.

С одной стороны, в системах беспроводного доступа обычно возможна стационарная установка направленных антенн, тогда как в системах мобильной связи абонентская радиостанция или сотовый телефон могут находиться в самых неблагоприятных с точки зрения распространения радиоволн условиях. Кроме того, задачу построения системы беспроводного доступа облегчает фиксированное положение абонента относительно базовой станции: нет необходимости отслеживать его перемещение из зоны действия одной базовой станции в зону действия другой.

С другой стороны, в системах беспроводного доступа предъявляются более жесткие требования к качеству связи: оно должно быть не хуже, чем в исправной проводной линии. У абонента должна быть возможность не только вести переговоры, но и использовать обычное для телефонных сетей оборудование передачи данных (факс, модем).

Понятие «системы беспроводного доступа» охватывает широкий диапазон аппаратуры – от систем, обеспечивающих только беспроводное подключение пользователей к АТС, до больших учрежденческих АТС, сочетающих подключение радиоабонентов с широкими коммутационными возможностями.

Цифровая беспроводная телефонная система, в которой используется сеть маломощных базовых приемо-передающих радиостанций, обеспечивает обслуживание мобильных пользователей, находящихся как в закрытых помещениях, так и на открытых площадях. Система спроектирована для поддержки связи в тех случаях, когда пользователям необходима качественная двухсторонняя связь, получить с помощью проводных телефонов по тем или иным причинам не удается.

Эта система может быть подключена к имеющейся учрежденческой или офисной АТС, образуя единую телефонную систему, включающую абонентов, использующих

обычные проводные телефоны и мобильных абонентов, имеющих в своем распоряжении портативные телефонные трубки. Система предназначена для обеспечения мобильности пользователей в учрежденческих и корпоративных сетях на локальных территориях, такие как офисы, склады, торговые и производственные помещения, открытые площадки. Персональная мобильность в любой рабочей среде позволяет существенно повысить доступность связи и продуктивность работы персонала. Система деловой беспроводной телефонной связи практически является уменьшенной копией городской сотовой сети с той лишь разницей, что принадлежит она организации и оплачивать разговоры не требуется.

Для определения телефонов и учрежденческих АТС в середине 90-х годов был разработан стандарт DECT, при этом одной из основных целей было достижение максимальной плотности трафика: в таких системах она может доходить до сотен Эрланг на квадратный километр. DECT является открытым, развивающимся стандартом, обеспечивающим органичное взаимодействие с существующими сетями связи, он поддерживает большое количество различных приложений и услуг. При проектировании данного дипломного проекта рассмотрим вариант построения системы радиотелефонной связи на базе одной из систем стандарта DECT.

1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Сравнительный анализ систем беспроводного доступа

Вопрос телефонизации удаленных объектов является очень актуальным в нашей стране. Несмотря на быстрое развитие сотовых систем связи, воспользоваться услугами сотовых операторов могут далеко не все желающие получить телефон на дачу, в загородный дом, на удаленное от центрального офиса подразделение предприятия, склад и т.д. Проводные линии связи заканчиваются, как правило, в ближайшем городе или крупном поселке. Наиболее простым, эффективным и доступным решением проблемы организации связи в удаленных районах является организация беспроводного радиодоступа.

Беспроводные системы по типу передаваемой информации подразделяются на системы передачи данных, системы передачи голоса и системы смешанного типа. В каждом из типов можно выделить беспроводные системы подвижного абонентского радиодоступа (микросотовые) и стационарного абонентского радиодоступа WLL (беспроводной абонентский шлейф). Существуют системы, на которые не требуется дополнительного разрешения на радиочастоты, и те, на которые необходимо получить такое разрешение. Во втором случае конкретные номиналы рабочих частот назначаются в установленном порядке Главгоссвязьнадзором России на основании расчетов электромагнитной совместимости с другими радиоэлектронными средствами этого диапазона, работающими в районе размещения закупаемых средств, с применением разработанных и согласованных с Министерством обороны РФ норм частотно-территориального разноса, исходя из реальной электромагнитной обстановки.

Для организации мобильной телефонной связи на предприятии, в офисе или в домашних условиях могут применяться различные системы.

Сотовые системы связи (GSM, AMPS, JDT) обеспечивают высокую спектральную эффективность подвижных сетей. Цифровые системы макросотовой связи используют временное разделение каналов и отвечают требованиям современных информационных технологий.

Беспроводные телефоны общего пользования (СТ) могут в ряде случаев составить конкуренцию сотовой связи. Однако для обычных систем (СТ-1) характерны низкое качество связи и отсутствие секретности передачи речевых сообщений. Эти недостатки устранены в новых системах микросотовой связи стандартов Ст-2, DECT, PACS,PHS.

В 1985 г. был создан первый стандарт бесшнуровой телефонии СТ-1 (Cordless Telephony). Системы СТ-1 работают в диапазоне частот 825-837 МГц, в котором размещается 10 радиоканалов. В стандарте реализован метод частотного разделения каналов

(FDMA). Количество дуплексных каналов – 40. Связь абонентского терминала с индивидуальной базовой станцией осуществляется через свой идентификационный код. Однако, как уже было отмечено выше, основным недостатком этого стандарта является невозможность обеспечения секретности передачи информации.

Системы стандарта СТ-2 работают в диапазоне частот 864,1-868,1 MГц, в котором размещается 40 радиоканалов, каждый с шириной полосы 100 кГц. СТ-2 использует метод многостанционного доступа с частотным разделением каналов (FDMA). Это первый стандарт беспроводной телефонии, в котором реализован дуплекс с временным разделением приема и передачи (TDD). Скорость цифрового потока в радиоканале 72 кбит/с. Стандарт предполагает применение кодека АДИКМ со скоростью передачи 32 кбит/с, что обеспечивает высокое качество передаваемой речевой информации. Средняя излучаемая мощность составляет 5 мВт (пиковая 10 мВт). СТ-2 обеспечивает конфиденциальность переговоров и лучшее, чем СТ-1 качество приема речевых сообщений. На российском рынке сегодня представлено оборудование систем СТ-2 производства Siemens, Ericsson, Luseni Tehnologies, Goodwin, "Информтехника и связь" и др. Стандарт не ориентирован на передачу данных, поэтому СТ-2 подходит тем пользователям, которые планируют передавать только речевой трафик, и не собираются расширять возможности системы внедрением дополнительных приложений и функций.

Система PACS (Personal Access Communications System) стандартизирована в 1996 г. и предназначена для предоставления беспроводной связи в общей полосе частот 2x60 МГц выделенных Федеральной комиссией связи США для сетей персональной связи. Функционально PACS являемся близким аналогом DECT, но ориентирована на использование в рамках принятого в США распределения спектра частот и концепции развития персональной связи. В Европе данная система практически не применяется (также, как и другие американские стандарты: PWT - Personal Wireless Telecommunications и WDCT - Worldwide Digital Coldless Telephone).

PHS (Personal Handyphone System) изначально разрабатывалась для организации персональной мобильной связи с малыми размерами ячеек (пикосот) на территории с высокой плотностью трафика для пешеходов и для создания сетей беспроводною доступа. Для системы выделена полоса частот 23 МГц в диапазоне 1,9 ГГц. Ее появление было вызвано необходимостью обеспечения мобильными средствами связи жителей Японии, где средняя плотность населения составляет 317 человек на 1 км². PHS была сдана в коммерческую эксплуатацию на территории Японии в 1995г., через два года ею было оснащено уже 3 млн. абонентов, а к 2005 г. предполагается обеспечить услугами системы более 20 млн. человек. PHS поддерживает такие особые функции, как регистрация местоположения, аутентификация и «эстафетная передача».

У систем стандарта PHS существует ряд преимуществ по сравнению с другими известными стандартами, причем некоторые из этих преимуществ уникальны:

-    у переносных телефонных аппаратов PHS незначительный вес (некоторые модели весят менее 80 г), в среднем они в два раза легче традиционных сотовых телефонов. В основном, это обеспечивается за счет легкости элементов питания - потребление энергии PHS - устройств невысокое, мощность передатчика не превышает 10 мВт. Как следствие, на одном комплекте батарей аппараты функционирует в несколько раз дольше сотового телефона (около 5 ч в режиме разговора и около 400 ч в режиме ожидания);

-    на рынке аппаратуры стандарта PHS присутствует несколько десятков фирм-производителей (в том числе такие крупные, как NEC, Motorola и AT&T). Помимо переносных телефонных аппаратов и сотовых станций они предлагают широкий спектр PHS устройств в том числе "домашние станции" - стационарные сотовые станции для домашнего пользования;

-   в PHS, как и в стандарте DECT, скорость передачи данных составляет 32 кбит/с. Это позволяет, в частности, применять системы PHS для высокоскоростного доступа в Интернет, передачи видеоизображения, доступа к базам данных. Применяемая в PHS система кодирования речи позволяет обеспечить качество передачи голоса на уровне традиционных телефонных сетей;

-   стандарт PHS предполагает возможность его применения в беспроводной домашней и бизнес телефонии, в системах абонентского беспроводного доступа (Wireless Local Loop - WLL), в переговорных устройствах;

-    отсутствие необходимости планирования частот;

-    емкость сот PHS превышает емкость сот DECT.

Можно отметить, что PHS (как и все другие разработки подобного рода) имеет существенный недостаток - постоянную привязку несущих частот. Это делает систему в целом менее помехозащищенной, чем при динамическом распределении диапазона, что не компенсируется сокращением времени на установку частоты несущей (поскольку нет необходимости в выборе канала подвижными средствами).

Цифровая усовершенствованная беспроводная связь (DECT) - это стандарт цифрового радиодоступа, очень эффективно использующий полосу радиочастот и открывающей все новые приложения беспроводной связи для дома, офиса и частных локальных коммерческих зон (аэропортов, вокзалов, торговых центров, банков, бирж и др.). Он обеспечивает своим пользователям устойчивую высококачественную связь, защищенную от несанкционированного доступа. Стандарт поддерживает речевую и факсимильную связь, а также передачу данных.

Высокая эффективность использования выделенного частотного диапазона достигается за счет отказа от закрепленных частотных каналов. Это становится возможным благодаря процедуре полнодоступного мгновенного динамическою выбора свободного канала с оценкой его помехоустойчивости. Такая процедура позволяет устанавливать базовые станции ближе друг к другу без потерь в качестве.

Большинство поставок DECT оборудования - системы для дома и малого офиса. DECT доказал, что является эффективным для рынка потребителей с невысокими доходами, продемонстрировав потенциал для дальнейшего снижения цен. В этом сегменте рынка осуществлялись, в основном, поставки в конфигурации "одна базовая станция - одна трубка". Цены для данных конфигураций достигли уровня, при котором DECT становится чрезвычайно интересным для пользовательского рынка. Потребители заменяют свои старые беспроводные телефоны более низкого качества телефонами DECT или покупают свой первый полностью цифровой беспроводной телефон DECT, так как они чувствуют уверенность в его качестве, уровне защищенности и универсальности. Неудивительно, что на мировом рынке производства и потребления систем фиксированного радиодоступа система DECT занимает одно из лидирующих мест. Чрезвычайно привлекательна также перспектива легкой трансформации беспроводного телефона DECT в "домашнюю АТС" путем простого добавления дополнительных трубок.

DECT - очень перспективная технология не только для европейского, но и для мирового рынка. Это открытый, развивающийся стандарт, обеспечивающий органичное взаимодействие с существующими сетями связи и поддерживающий большое количество приложений и услуг. В настоящее время разрабатываются расширения стандарт DECT, предназначенные для обеспечения пакетной передачи данных (DPRS), доступа в Интернет (DIAP), поддержки услуг мультимедиа (DMAP).

Приведем отличительные достоинства системы DECT:

-    цифровая технология ТDМА, используемая в стандарте DECT, обладает высокой помехоустойчивостью и позволяй беспроводным системам обрабатывать до 2000 пользователей на площади 1 км²;

-    перед передачей речь кодируется с использованием 32 кбит/с ADPCM (Адаптивная Дифференциально-Импульсная Кодовая Модуляция). Таким образом, получаемое качество не отличается от качества обычного телефона;

-    методы шифрования, используемые в стандарте DECT, делают подслушивание практически невозможным;

-    системы в стандарте DECT имеют мощность излучения на трубке всего 10 мВт;

-    телефоны стандарта DECT используют технологию прерывистой передачи, что существенно снижает потребление энергии. Большинство моделей телефонов стандарта DECT могут работать до 9 часов в режиме разговора и до 45 часов в режиме ожидания (эти цифры могут широко варьироваться в зависимости от производителя изделия);

-    при использовании систем в стандарте DECT пользователь во время разговора может перемещаться из зоны действия одной ячейки (соты) в зону действия другой ячейки, причем связь при этом не прерывается;

-    наряду с передачей голоса стандарт DECT позволяет осуществлять беспроводную передачу данных, что дает возможность организовать на базе систем телекоммуникаций беспроводные Локальные Вычислительные Сети (LANs), которые будут использовать ресурсы совместно с беспроводными телефонами.

В перспективе предполагается, что системы в стандарта DECT смогут связываться с другими телекоммуникационными сетями. В стадии завершения находится проект связи систем в стандарте DECT с сетями стандарта GSM.

Однако стоит сказать и о недостатках DECT, а также принятых в нем компромиссах. Технология DECT имеет худшие, чем в PHS, показатели допуска на временное рассеяние. Допуск на время рассеяния - важный параметр, который определяет стоимость инфраструктуры в условиях низкой плотности трафика для приложений, используемых вне помещений. Допуск на распространение задержки в DECT (эффективное значение задержки при высокой плотности базовых станций составляет 200 нс), правда, достаточен для того, чтобы не ограничивать потенциальные технические и экономические возможности в следующих инфраструктурах: больших промышленных зонах (открытие и закрытие помещения), CТM с 300-400-метровыми интервалами между базовыми секциями, 5-километровых (или более) зонах распространения сигнала от радиорелейных станций, всех зонах с малой напряженностью поля и экстремальным значением времени распространения. Кроме того, задержка можем быть компенсирована за счет установки беспроводной ретрансляционной станции WRS.

Основные параметры систем DECT и PHS приведены ниже (таблица 1.1).

Россия как часть Европы не может находиться в стороне от общих тенденций развития европейского рынка средств подвижной связи. В последние годы стандарт DECT занял ведущие позиции на рынках бесшнуровых телефонов, микросотовых и пикосотовых бизнес-систем, а также абонентского радиодоступа. Мировая статистика рынка беспроводных средств связи свидетельствует о неуклонном росте объемов поставок оборудования DECT. В 2000 году суммарный мировой объем поставок оборудования DECT достиг уровня 28 млн. единиц.

Таблица 1.1- Технические характеристики систем DECT и PHS

Есть все основания полагать, что прогресс в смежных областях телекоммуникационного рынка (переход на оптические линии связи взамен существующих медных, предоставление полнофункциональных услуг ISDN, развитие инфраструктуры глобальных информационных сетей и многое другое) приведет к тому, что аппаратура DECT получит в России более широкое распространение, чем в данный момент. Еще одним фактором, положительно влияющим на распространение этого стандарта в России является то, что в соответствии с решением ГКЧР для эксплуатации и производства аппаратуры DECT не требуется разрешения Госсвязьнадзора. Нормативные документы, которые регулируют применение систем DECT и всего оборудования, связанного с ним, приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Нормативные документы, регулирующие применение DECT в России

Различные WLL системы DECT.

В настоящее время перед руководителями организаций, предприятий, офисов, находящихся в пригородной зоне, сельской местности, в труднодоступных районах, а также в районах с неразвитым или физически изношенным кабельным хозяйством, часто возникает проблема обеспечения персонала телефонной связью. Это касается также и операторов ГАТС, оказывающих услуги связи населению. Для решения указанной проблемы, так называемой проблемы «последней мили», часто используется аппаратура уплотнения абонентских линий. Однако ее применение не всегда эффективно, поэтому были разработаны системы беспроводного абонентского доступа WLL. Термин WLL (Wireless Local Loop) дословно означает «бесшнуровый (беспроводной или радио) абонентский шлейф».

Перспективы развития систем WLL во всем мире определены их неоспоримыми достоинствами:

-    высокая скорость развертывания. Системы WLL позволяют в короткие сроки развернуть систему большой емкостью порядка 300 абонентов. Это, с одной стороны, имеет большое значение для операторов связи в условиях жесткой конкуренции на рынке телекоммуникационных услуг, когда важно определить возможных конкурентов и как можно быстрее получить отдачу от вложенных средств. С другой стороны, характеризует простоту и удобство (следовательно, и низкие затраты) проведения монтажных работ;

-    отсутствие ограничений по рельефу местности;

-    независимость передачи сигнала от рельефа местности благодаря возможности размещения БС на господствующих высотах и/или использованию ретрансляторов;

-    простота и быстрота наращивания. Для подключения к системе нового абонента достаточно обеспечить его номером и абонентским терминалом. При дефиците емкости системы ее можно легко расширить дополнительными модулями или подсистемами.

В настоящее время к системам WLL относят системы с фиксированным доступом (стационарные абоненты) и системы с ограниченной степенью мобильности (скорость пешехода). Сегодня на рынке появилось много систем абонентского радиодоступа, которые принципиально отличаются друг от друга архитектурой, техническими параметрами и, главное, типами решаемых задач. Общепринятой классификации систем WLL на сегодняшний день не существует, однако некоторая систематизация по основным характеристикам возможна (таблица 1.3).

Таблица 1.3 – классификация систем WLL

Рассмотрим особенности использования некоторых систем WLL.

Система абонентского радиодоступа стандарта DECT GOODWIN Borodino.

Система GOODWIN Borodino рассчитана на применение в городских и пригородных районах с высокой и средней плотностью абонентов, а также в сельской местности.

Система позволяет проводить:

-    обеспечение беспроводной связью от 50 до 500 абонентов;

-    подключение и обслуживание в одной системе как фиксированных абонентов, так и абонентов с локальной мобильностью;

-    подключение удаленных абонентов по существующим кабелям;

-    поддержание большого трафика при высоком качестве связи;

-    развертывание нескольких систем в одной зоне за счет интеграции в базовые станции синхронизирующего интерфейса;

-    обеспечение высокого качества связи в городских условиях за счет применения кросс-поляризационных антенн с различными коэффициентами усиления;

-    быструю интеграцию оборудования в существующие системы связи;

-    сетевое техническое обслуживание и мониторинг системы с рабочего места оператора по сети Ethernet или через модем.

Схема организации связи и принцип работы системы GOODWIN Borodino.

Система GOODWIN Borodino предназначена для подключения индивидуальных пользователей к телефонной сети общего пользования или сети передачи данных на участке абонентской линии через цифровой радиоканал.

На рисунке 1.1 представлена схема организации связи в системе GOODWIN Borodino с одним контроллером базовых станций.

В состав системы GOODWIN Borodino входят:

-    контроллер базовых станций (КБС);

-    базовые станции (БС);

-    мультиплексор базовых станций (МБС);

-    регенератор цифровых потоков Е1 (РЦП Е1)

-    репитор базовых станций (РБС);

-    терминальные абонентские радиоблоки (ТАРБ);

-    портативные абонентские радиоблоки (ПАРБ);

-    абонентские устройства (АУ);

-    источник бесперебойного питания (ИПБ);

-    антенно-фидерные устройства (АФУ);

-    рабочее место оператора (РМО).

Подключение системы GOODWIN Borodino к телефонной сети общего пользования.

Система GOODWIN Borodino подключается к ТФОП по интерфейсу на первичной скорости PRI с протоколом сигнализации EDSS1. При подключении к опорной АТС телефонной сети общего пользования (ТФОП) с интерфейсом 2ВСК (R1,5) необходимо использовать конвертор интерфейсов 2ВСК/ EDSS1, например конвертор CSM производства ЛОНИИС, имеющий сертификат соответствия Госкомсвязи РФ № ОС/1-Г82 от 19.12.96.

 Система DECTlink Compact компании SIEMENS.

DECTlink Compact – это компактная система типа «абонентский радиодоступ» (RLL), предназначенная для использования в районах с небольшим числом абонентов.

Благодаря компактной и простой конструкции обеспечивается быстрое и гибкое развертывание системы.

Система DECTlink Compact включает в себя следующие основные блоки:

-    центральная станция RDU;

-    станционный мультиплексор СОТ (на 30 абонентских линий) – опция;

-    контроллер базовых станций RBC;

-    базовые станции RBS;

-    абонентские радиоблоки RNT-1, RNT-4;

-    система управления и администрирования ACI.

Система DECTlink Compact рассчитана максимально на 120 абонентов. Система может стыковаться с АТС двумя способами: по абонентским линиям или по потокам 2 Мбит/с V5.1. Причем по V5.1 система может быть подключена только к АТС типа EWSD. В случае стыковки с другими типами АТС целесообразно использовать стык по абонентским линиям (a/b – интерфейсы).

Система МиниКом DECT компании «Информтехника и связь».

В настоящее время в различных регионах страны действуют более 50 систем МиниКОМ DECT, эксплуатирующихся традиционными и альтернативными операторами, предприятиями и организациями в Алтайском крае, Владимирской, Иркутской, Московской области, Республике Кабардино-Балкария, Нижегородской и Оренбургской областях, Республике Башкортостан, Саратовской области, Ставропольском крае, Томской и Тульской областях, Ханты-Мансийском АО, Республике Саха (Якутия).

В состав системы входят:

-    контроллер базовых станций (КБС), который обеспечивает функции организации интерфейса с ЦСИО ОП, поддержки протокола в радиоканале (установление соединения, индикация и т.д.) и функционирование сети DECT (поиск абонента, процедура хэндовера и т.д.);

-    базовые системы (БС), предназначенные для организации радиоканала, обеспечивающего многостанционный доступ к абонентским радиоблокам;

-    рабочее место оператора (РМО), предназначенное для обеспечения работы оператора по управлению системой и диагностики оборудования;

-    абонентский радиоблок (АРБ), предназначенный для обеспечения доступа пользователей к телефонной сети через систему радиодоступа.

Основные характеристики представленных выше систем DECT приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4 – Основные характеристики систем WLL стандарта DECT