Проетирование WLL

  Аббревиатура WLL (Wireless Local Loop) дословно означает “беспроводной абонентский шлейф”. WLL-cистемы беспроводного доступа — это системы радиосвязи с многостанционным доступом, используемые на участке между фиксированными абонентскими терминалами (телефонными аппаратами) и АТС вместо проводной абонентской части ТфОП. Типовая архитектура практически любой системы WLL представлена на рис. 1.

   

Рис. 1. Типовая архитектура  системы WLL 

            Бурный рост во всем мире  числа смонтированных систем WLL обусловлен  рядом их неоспоримых достоинств.

            Высокая скорость развертывания.  Системы WLL позволяют в короткие  сроки развернуть систему большой  абонентской емкости, ежедневно  подключая несколько сотен абонентских  терминалов. Это имеет значение  для операторов связи в условиях  жесткой конкуренции на рынке  телекоммуникационных услуг, а  также свидетельствует о простоте  и удобстве (следовательно, и низких  затратах) проведения монтажных  работ. 

            Отсутствие ограничений на тип  и рельеф местности. Естественные  труднопреодолимые препятствия  (реки, болота, сильнопересеченная местность  и др.) в значительной степени  затрудняют прокладку проводных  коммуникаций. В таких случаях  гораздо более эффективным решением  будет установка систем WLL, благодаря  возможности размещения базовых  станций (БС) на господствующих  высотах, а также 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.

            Эффективность в условиях низкой  плотности абонентов. Стоимость  подключения одного абонента  в отличие от проводных систем  не растет с увеличением расстояния  до него (в пределах допустимых  радиусов зон обслуживания БС).

            Поэтому при большом удалении  абонентов от АТС беспроводная  система становится дешевле проводной.  На рис. 2 представлена зависимость  полных среднегодовых расходов  на одного абонента от плотности  абонентов. На рисунке видно, как эффективность использования проводной технологии выравнивается с беспроводной при высокой “плотности” абонентов (300—600 аб./км 2).

   

Рис. 2. Зависимость  полных среднегодовых расходов на одного абонента от их плотности. 

            Малые начальные инвестиции. Проводная  инфраструктура требует крупномасштабных  инвестиций, которые существенно  опережают прогнозируемые потребности  в количестве абонентских линий  и не всегда оказываются оправданными, тогда как беспроводная технология  допускает постепенное инвестирование, точно отвечающее потребностям.

            По прогнозам, системы WLL к 2010-му  году будут составлять до 15% среди  всех систем в сетях доступа.  Стоимость ввода одного телефонного  аппарата (ТА) с проводным принципом  доступа сейчас составляет около  $1000, что сравнимо со стоимостью  оборудования в расчете на  одного абонента для современных  систем WLL.

            В структуре стоимости ввода  ТА с проводным принципом доступа  (в мировой практике) затраты,  связанные с прокладкой кабельных  линий, составляют более 40%. А  при использовании беспроводной  технологии основные затраты  приходятся на оборудование, цены  на которое неуклонно падают. Уже сегодня в целом ряде  случаев радиодоступ — выгодная  альтернатива проводным решениям; так, например, в США более 50% всей введенной еще в 1995 году  номерной емкости базировались  на технологии WLL.

Типы систем WLL

            Сегодня на рынке системы WLL представлены большим количеством  моделей от практически всех  крупных производителей телекоммуникационного  оборудования. Так что сделать  выбор в отношении какой-то  системы человеку, досконально не  знакомому с этим рынком, достаточно  трудно.

            WLL-системы делятся на три основные  категории: 

цифровые и аналоговые системы, реализованные на базе технологий и стандартов сотовой подвижной  связи (NMT-450, D-AMPS, CDMA IS-95);

системы на базе стандартов беспроводной телефонии (DECT, CT2 и PHS);

фирменные аналоговые и цифровые системы, предназначенные  для обеспечения фиксированного доступа.

            Категория систем на базе технологий  и стандартов сотовой подвижной  связи характеризуется довольно  высокой емкостью сот и большой  дальностью связи между БС  и пользовательскими терминалами,  которая может достигать 46 км  для аналоговых систем. Радиусы  сот цифровых систем меньше  и составляют 20—35 км. Системы на  базе технологий и стандартов  сотовой подвижной связи хорошо  подходят для телефонизации обширных  территорий с разными уровнями  плотности абонентов. 

            Системы на базе стандартов  беспроводной телефонии (DECT, СТ2 и PHS) обеспечивают относительно небольшие радиусы сот (0,2—10 км) и оптимальны для охвата небольших территорий с высокой плотностью абонентов. Одно из преимуществ WLL-систем на базе стандартов беспроводной телефонии — отсутствие необходимости частотного планирования, поскольку они автоматически осуществляют выбор рабочих частот, что также упрощает их использование. Кроме того, они, как правило, обеспечивают более высокое, чем системы на базе стандартов мобильной сотовой связи, качество речи (кодирование АДИКМ со скоростью 32 кбит/с) и скорость передачи данных.

            И, наконец, в фирменных системах  используются различные варианты  многостанционного доступа и уплотнения каналов: частотный (FDM/FDMA), временной (TDM/TDMA), кодовый с прямым расширением спектра (DS-CDMA) или псевдослучайной перестройкой частот (FH-CDMA), а также их комбинации. Системы этой категории настолько сильно отличаются базовыми радиотехнологиями, параметрами и возможностями, что дать им общую характеристику невозможно.

            Для удобства рассмотрения разделим  их на две группы: узкополосные  и широкополосные. Узкополосные  системы схожи с системами  WLL на базе технологий и стандартов  сотовой связи. Они обеспечивают  довольно большую дальность радиосвязи  и невысокую скорость передач и. Широкополосные системы обладают довольно большой скоростью передачи данных (до 144 кбит/с) и высокой помехозащищенностью, однако их максимальные радиусы зон обслуживания БС несколько меньше, чем у узкополосных систем.

            Кроме того, все системы можно  разделить по типу зоны покрытия  на зоновые, “точка—многоточка” (point-to-multipoint) и сотовые.

Зоновые системы

            Зоновые системы WLL рассчитаны на обслуживание абонентов, распределенных в относительно большом районе вокруг АТС, и часто устанавливаются непосредственно на здании АТС. Эти системы могут состоять как из одной, так и из нескольких сот, которые, как правило, требуют частотного планирования (если в них не используется радиоинтерфейс DECT или CDMA). От микросотовых систем их отличает значительно больший радиус зоны обслуживания вокруг базовой станции (от единиц до десятков километров).  

Узкополосные системы  

            Системы такого типа бывают  как аналоговыми, например российская  система “Волемот” или система Telecell производства компании KRONE, так и цифровыми, например система Proximity производства Nortel или S-WLL производства Samsung (таблица 1 ).

Таблица 1

Характеристики WLL-системТип

WLL-системы Производитель Диапазон

используемых 

частот, МГц Ширина полосы

радиоканала,

частот, МГц Используемый метод

многостанционного

доступа/дуплексного

разделения каналов Скорость

кодирования

речи/передачи

данных, кбит/с Выходная

мощность

передатчика

БС/АС, Вт

Telecell KRONE 380—500, 800—1000 — FDMA/FDD — /9,6 —

Proximity Nortel 3400 / 0,307 0,307 TDMA/TDD 32/— —

S-WLL Samsung 300—500 2 FDMA,TDMA/FDD 16/9,6 —

DRA1900 Ericsson 1880—1900 20 FDMA,TDMA/ТDD 32/28,8 0,25

Airspan-60 DSC 2300—2500; 3400—3600 3,5 CDMA/FDD 32/144 —

MultiGain Wireless Tadiran 1400—1500; 2400—2500; 3400—3500 — FH-CDMA, TDMA 32/14,4 0,3

AirLoop Lucent Technologies 3600—4000 10 CDMA / FDD 16/N *16 3/0,25

Samsung SWL-144 1800, 2100—2700 — B-CDMA / FDD 32/28,8; N * 64 50

IRT-2000 Lucent Technologies 1427—1535; 2300—2500; 2500—2690/2 2 TDMA / FDD 64/— 0,1; 0,2; 1 
 

            Следует отметить систему DRA1900 производства компании Ericsson, которая базируется на стандарте DECT. Обеспечиваемая ею дальность связи — до 5 км при максимальной мощности передатчика 250 мВт. Одна базовая станция поддерживает от 28 до 60 разговорных каналов. Для связи контроллера с местной АТС могут быть использованы проводные и радиорелейные линии связи, что позволяет распределять монтированную емкость АТС на значительном удалении от нее.  

Широкополосные системы  

            В последнее время все более  популярны широкополосные WLL-системы,  в которых, как правило, используется  широкополосная CDMA (B-CDMA или W-CDMA) с частотной полосой радиоканала от 3—5 МГц до 10—20 МГц. Такие системы уже могут предоставлять услуги ISDN или высокоскоростную передачу данных.

            Один из примеров такой системы  — Airspan-60 производства DSC. Базовая  станция поддерживает до 120 разговорных  каналов и обеспечивает связь  на расстоянии до 20 км.

            Интересен способ формирования  широкополосного сигнала в системе  MultiGain Wireless производства Tadiran. В ней используются так называемые “скачки по частоте” (FH — Frequency Hopping), когда несущая частота в передатчике постоянно меняет свое значение в рамках некоторого частотного диапазона по псевдослучайному закону (индивидуальному для каждого разговорного канала); приемник ведет себя таким же образом, обеспечивая выделение и дальнейшую обработку только нужного канала. Это один из двух способов получения сигналов CDMA (более детально об этом методе формирования псевдослучайных сигналов — в статье Владимира Сайко “Радиосистемы с псевдослучайной перестройкой рабочих частот”,

            Второй метод, широко используемый  в других системах CDMA, в том  числе и в известном стандарте  IS-95, — метод “прямой последовательности”  или DS-CDMA (Direct Sequence Code Division Multiple Access). В соответствии с этим методом в передатчике каждый узкополосный информационный сигнал перемножается на определенный широкополосный шумоподобный сигнал, знание которого на приемной стороне позволяет выделить нужный канал путем получения свертки двух сигналов.

            Метод частотных скачков, как  и все виды CDMA, позволяет избавиться  от помех при многолучевом  приеме, а также от необходимости  частотного планирования сот,  так как работа происходит  в одном и том же диапазоне  рабочих частот. И конечно, как  и все системы CDMA, она обеспечивает  своим абонентам высокую конфиденциальность  связи. 

            В рассмотренной выше системе  MultiGain Wireless в направлении к абоненту используется технология TDM (временное разделение каналов), от абонента — FH-CDMA. На одну базовую станцию приходится 8 речевых каналов, а к контроллеру могут подключаться до 80 базовых станций. Максимальная дальность связи — 20 км, причем излучаемая базовой станцией мощность составляет 300 мВт. Эта система может подключаться к АТС по аналоговым и цифровым интерфейсам.

            Беспроводная стационарная система  абонентского доступа AirLoop производства компании Lucent Technologies рассчитана на предоставление услуг ISDN и функционально соответствует традиционной проводной абонентской системе. AirLoop работает в частотном диапазоне 3,6—4,0 ГГц и обеспечивает связь с абонентом на таком расстоянии:

2,5 км — в городе;

4 км — в пригородах;

6 км — в сельской  местности. 

            Система может сосуществовать  в одном диапазоне частот с  узкополосными системами, такими  как радиорелейные и спутниковые. Количество абонентов, поддерживаемых одним комплектом центрального оборудования, ограничивается емкостью интерфейса местной АТС.

            В настоящее время это уже  не единственная система B-CDMA. Собственные аналоги разработаны  Siemens (CDMAlink) и Samsung (SWL-144). Последняя система имеет максимальное число речевых каналов — от 70 до 90, в зависимости от размера зоны обслуживания; радиус соты — до 30 км.

Системы “точка—многоточка”

            Иногда необходимо предоставить  услуги телефонии на относительно  большой территории, например с  радиусом до 1000 км, но с низкой  плотностью абонентов, причем  сгруппированных в относительно  небольших районах. Это типичная  для сельской местности ситуация. Для этой цели и используются  системы типа “точка —многоточка”, построенные на базе РРЛ. Причем между пролетами РРЛ располагается коммутационное оборудование для подключения абонентов, которое осуществляется по обычным витым парам или радио, для чего, как правило, используются DECT-системы.