Реферат
«ОБЩИЕСВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ И СЕТЯХ РАДИОДОСТУПА»
Оглавление
Введение
Первоепоколение (1960-е гг.)
Второепоколение систем радиодоступа (1980-е гг.)
Новыйэтап развития систем радиодоступа
Четвертоепоколение
Заключение
Списоклитературы
Введение
С изобретениемрадиосвязи великим русским ученым А.С. Поповым (1895 г.) беспроводная связь из научно-фантастическойабстракции, представляющей интерес для узкого круга ученых, превратилась вмощный продукт решения прикладных специальных задач как государственного и международного,так и бытового уровня. За небольшое время устройства радиосвязи прочно вошли в бытлюдей, обеспечив получение и передачу информации без привязки к конкретномуместонахождению, интегрировались в современные глобальные сети и системыпередачи данных.
Охарактеризуемосновные этапы развития систем радиодоступа.
Первое поколение (1960-е гг.).
Аналоговыесредства доступа к аналоговым автоматическим телефонным станциям (АТС). Вбольшинстве это узкополосные системы, позволяющие подключить до несколькихдесятков или сотен телефонных каналов. Как правило, используются в качестверадиоудлинителей линий связи между АТС и телефонными аппаратами (ТА) либобеспроводных телефонных аппаратов (БТА).
Диапазончастот аналоговых радиоудлинителей до 1 ГГц. В настоящее время они используютсяв малонаселенных сельских местностях.
Ужев 1960-е гг. системы радиодоступа давали возможность подключаться к сети общегопользования через одну базовую станцию (БС) или центральную станцию (ЦС) с способностьюнескольких независимых соединений.
ВРоссии радиодоступ к АТС осуществлялся через систему «Алтай». В последнее времяей на смену приходит оборудование стандарта МРТ 1327. Кроме того, дляподключения к сетям общего пользования (СОП) чаще используются аналоговые стыкипо двухпроводным абонентским линиям.
Внастоящее время в России производятся системы радиодоступа в диапазонах30...57,5 МГц (оборудование УТК-015), 300 МГц (оборудование «Алтай» и МРТ1327), 450 МГц (оборудование УТК-01).
Кпервому поколению систем радиодоступа отнесем и БТА диапазонов 30...40 МГц и900 МГц.
Второе поколение систем радиодоступа (1980-е гг.).
Узкополосныецифровые системы радиодоступа к цифровым и аналоговым АТС (рис. 1.1), которыепоявились благодаря повышению требований к качеству передачи речи и появлениюпередачи данных. Развитие шло, прежде всего, в направлении созданиякорпоративных протяженных систем радиодоступа. Качество передачи речисоответствовало качеству в сетях ISDN, скорость передачи данных кратна 64кбит/с. При присоединении к сети общего пользования использовались каканалоговые, так и цифровые стыки. В целом системы радиодоступа второгопоколения были направлены на создание телефонных сетей высокого качества.Передача данных рассматривалась как дополнительная, не основная услуга в силунеразвитости компьютерных сетей и небольшой потребности в сетях передачиданных. К этому поколению относятся также системы стандартов DECT и СТ-2,которые обеспечивают подключение терминалов с услугой цифровой телефонии. Системырадиодоступа второго поколения на сегодняшний день выпускаются заводами-изготовителями(IRT, Granger Telecom, SR-Telecom) и эксплуатируются в России. На их базеразвернуты как корпоративные (технологические и выделенные), так и коммерческиесети связи. Сети второго поколения обеспечивают одновременной связью от несколькихсотен до нескольких тысяч абонентов.
Вовремя разработки и строительства сетей радиодоступа второго поколения в мирепоявилась тенденция экспоненциального роста объемов обмена данными вкомпьютерных сетях, сначала локальных, а затем городских. К началу 1990-х гг.уже существовала сеть Интернет, использование в которой радиотехнологий носилотрадиционный характер (радиорелейные линии, удлинитель телефонных каналов(УТК), спутниковые линии). Однако потребности в объеме передаваемых данныхвозросли, и существующие радиосети не могли конкурировать с проводными линиямисвязи даже для локальных сетей. Новыйэтап развития систем радиодоступа.
Длявозможности использования в компьютерных сетях связи преимуществ радиосвязи иобеспечения требуемой скорости передачи данных между компьютерами в Институтеинженеров связи IEЕЕ (США) была организована исследовательская группа постандартизации 802.11 оборудования беспроводных локальных сетей (WLAN).
Сэтого момента начался новый этап развития систем радиодоступа. Стандарты группы802.11 стали доминировать на рынке систем радиодоступа и быстро завоевалипопулярность среди изготовителей и потребителей оборудования. Связано это,прежде всего, с простотой оборудования Radio Ethernet. Влияние стандартаоказалось настолько сильным, что распространилось даже на оборудованиевыпускаемом по внутрифирменным стандартам с диапазоном 3,4… .3,6 ГГц.
Оборудованиестандарта IEEE 802.11 рассчитано на диапазон 2,4...2,4835 ГГц. Изначальностандарт был ориентирован на удовлетворение потребностей внутриофисных локальныхсетей с относительно низкой скоростью передачи информации в радиоканале 1Мбит/с. В этом случае отдельным абонентам доступна скорость, не превышающая 256кбит/с из-за используемых протоколов S-ALOHA или CSMA-CA и их низкой эффективностирадиоканала: 36 и 53% соответственно. Скорость передачи информации оборудованияоказалась недостаточной для осуществления связи между компьютерами локальной сети,поэтому довольно быстро появилась модификация стандарта IEEE 802.11-802.1 lb,допускающая скорость передачи в радиоканале 11 Мбит/с. Одновременно началаснижаться стоимость оборудования, и стандарт стал популярным среди специалистовкомпьютерных сетей, а затем и у связистов.
Оборудованиестандарта 802.1 lb широко представлено на рынке связи, постоянно совершенствуетсяи выпускается известными производителями, такими как Cisco, Alvarion, Proxim,Lusent Tecknologis и др. В России такое оборудование сразу былоусовершенствовано: для расширения зоны покрытия базовой станции в передающуючасть установлены усилители и направленные антенны. Таким образом, новое изделиепозволяло работать вне закрытых офисных помещений. В силу того, что диапазон2,4...2,4835 ГГц в России относится к категории «правительственная» (ПР),оборудование могло использоваться операторами связи только по разрешениюГлавного радиочастотного центра (ГРЧЦ) Федерального аген-ства связи (ФАС). В1990-х гг. в стране появилось большое число операторов связи, использующихоборудование Radio Ethernet: Arlan и пр.
Внастоящее время процедура получения разрешения на внутриофисное применение сетейстандарта 802.lib упрощена.
ВМоскве действует ряд операторов в диапазоне 2,4...2,4835 ГГц, предоставляющихвсе возможные услуги связи «поверх 1Р», включая телефонию (например, RosNet). ВСанкт-Петербурге в диапазоне 2,4 ГГц операторы «Квантум», ЗАО «ПТС», ОАО«Северо-Западный Телеком», ЗАО «Петерстар» обеспечивают услуги с использованиемоборудования стандарта 802.11b. Из-за ограниченности доступной полосы частотвозможности диапазона 2,4 ГГц быстро были исчерпаны. Поэтому потребовалсяпереход в более высокочастотный диапазон для получения большей полосы частот.
Стандарт802.11 стал отправной точкой для разработки ряда технологий, сходных поорганизации протоколов, но для которых высокие скорости передачи информации нетребовались. Это стандарт 802.15.1, известный как Bluetooth, обеспечивающийскорость передачи 722 кбит/с в радиоканале, стандарт 802.15.4, разрабатываемыйальянсом Zig Bee со скоростями 20, 40 и 250 кбит/с. Перечисленные стандарты ориентированы,прежде всего, на решение специфических задач связи оборудования различногоназначения внутри дома, где основными критериями качества являются низкоеэнергопотребление, малая стоимость устройств, способность к самоорганизациимаршрутов в совокупности устройств. Здесь следует отметить такие программы, какHome RF, Zig Bee, в рамках которых разрабатывались средства домашней ивнутриофисной радиосвязи для подключения датчиков, сенсоров, управляющих системдома или офиса в единую сеть, функционирующую надежно независимо отрасположения элементов системы. Появилась и начала коммерческое развитиетехнология маршрутизации «Ad Нос» (АН-технология), в которой не выделяютсяспециальные устройства-маршрутизаторы. Роль коммутаторов-ретранслятороввыполняют все входящие в сеть приемопередающие устройства.
Вэто время впервые в радиосвязь вошла технология компьютерных сетей Ethernet, котораяна сегодняшний день уже является неразрывным целым с сетями радиодоступа. Нынешнеесостояние и будущее систем радиодоступа невозможно представить без протоколаEthernet. Фактически он стал протоколом межсистемного взаимодействия на MAC иLLC уровнях открытых информационных систем (OSI).
Всистемах третьего поколения берут начало способы передачи информации (например,речь, данные, видеоизображения) с использованием пакетной коммутации, каксейчас говорят связисты — «поверх 1Р». Многие современные специалисты считают,что IP — это новый вид среды передачи.
ПротоколыIP изначально позволяли осуществлять связь с заведомо худшим качеством, чемсинхронные проводные системы. Однако со временем они совершенствовались и в настоящеевремя даже специалисту трудно определить установлено, например, телефонное соединениепо синхронной сети (традиционный проводной вариант со скоростью 64 кбит/с) либопо IP-сети с использованием протокола Н.323 и поддержкой качества обслуживания(QoS).
Итак,третье поколение систем радиодоступа дало начало активному использованиюкомпьютерных технологий передачи информации и конвергенции (смыкания) их страдиционными способами передачи.
Особымпродуктом, имеющим компромиссную реализацию с точки зрения протоколов обмена,стали системы с диапазоном 3,4...4,2 ГГц и до сегодняшнего дня занимающие специфическийучасток рынка систем радиодоступа.
Такжесистемы были направлены на предоставление услуг передачи данных и речи сприсоединением к телефонным сетям общего пользования — ТфОП и сетям передачиданных общего пользования — СПД ОП. Несмотря на внешнюю организацию, подчиняющуюсятехнологиям IP и Ethernet, радиоинтерфейс организован эффективно и являетсясинхронным. Отсутствие стандартизации систем с диапазоном 3,4...4,2 ГГц в мировоммасштабе привело к огромному разнообразию в реализации радиоинтерфейсовразличных производителей. Здесь, как на опытном полигоне, отрабатываютсяспособы разделения каналов (доступа к общему каналу), частотное разделение(FDMA), временное разделение (TDMA), кодовое разделение (CDMA) и их комбинации.При разделении дуплексных каналов используется частотное (FDD) и временное(TDD) уплотнение каналов.
Набазе систем с диапазоном 3,4...4,2ГГц оказалось удобным строить городские сети(MAN) с полным спектром предоставляемых услуг. Это быстро привело к расширениюдиапазона частот для реализации уже апробированных технологий.
Первоначальнотакое расширение диапазонов происходило за счет переноса спектра с помощьюконверторов.
Так,в частности, боролись с нехваткой частотного ресурса в ширине диапазона 2,4ГГц, используя конверторы переноса спектра в диапазон 5,7 ГГц.
Решениядиапазона 3,4 ГГц быстро нашли применения в полосах частот 10,5 и 26 ГГц.
Сидейной точки зрения третье поколение систем радиодоступа дало еще одно важноенаправление развития технологий — создание высокоскоростных сетей распределениясинхронных потоков, кратных Tl, Е1 и другим стандартным каналам, а также системраспределения телевизионных программ (MMDS и LMDS) в диапазонах частот до 26ГГц включительно.
Появлениесистем радиодоступа с поддержкой интерфейсов G.703 (Е1) было обусловленостремительным ростом потребностей по присоединению к ТфОП различных систем связи,прежде всего сотовых систем и различного рода учрежденческая производственнаяАТС (УПАТС) и ограниченностью возможностей организации цифровых соединительныхлиний традиционными способами.
Вэто время появилось оборудование фирм Alcatel, Siemens, Alvarion, Ericsson, SRTelecom и др., позволяющее решать перечисленные задачи.
Системычетвертого поколения. С их помощью предполагается предоставлять широкополосныеуслуги передачи данных, подключения к сети Интернет, телефонии, передачи видео-и телеизображений в реальном масштабе времени, мультимедийной информации вразличных организационных вариантах. Прежде всего, предполагается сначалаобъединить локальные зоны, а затем и целые города в единую большую «локальную»сеть, в которой будет удобно работать любому пользователю. В частности,развиваются концепции локальных зон свободного доступа к услугам связи WiFi илиHotSpot и зон свободного доступа в масштабах города вне офиса WiMax.Пользователь сможет получать те же услуги связи как в любой точке города, так исвоей локальной сети.
Такиевозможности связывают, прежде всего, со стандартами 802.11а, 802.11 g, 802.16,802.16а. Дальнейшее развитие стандартов групп 802.11 и 802.16 предполагаетпредоставление услуг связи в движении в диапазонах частот до 6 ГГц соскоростями до 150 км/ч. Этот сценарий выходит за рамки фиксированногобеспроводного доступа к услугам связи и смыкается с возможностями системсотовой связи третьего и последующих поколений.
Ужев системах радиодоступа третьего поколения ощущалась необходимостьсовершенствования радиоинтерфейсов, повышения их производительности и спектральнойэффективности. Многие чаяния специалистов-разработчиков в полной меревоплотились в системах беспроводного доступа четвертого поколения. Спектральнаяэффективность повысилась с 0,75 до 3 бит/с/Гц и более.
Этопроизошло за счет применения спектрально-эффективных методов модуляции и кодирования.Доступными в таких системах стали скорости до 100 Мбит/с на одну несущую.Произошла четкая классификация — структуризация систем радиодоступа. Ясно,какие системы применяют для решения задач построения «последней мили», а какиедля решения задачи доступа к абоненту.
Скоростьв канале связи 54 Мбит/с для стандарта 802.11а и реальная до 30 Мбит/с всочетании с ортогональной частотной модуляцией сделали удобной работу абонентовв любой точке локальной или городской сети. Происходит это из-за повышеннойустойчивости сигнала с OFDM-модуляцией к замираниям и, следовательно, квозможности работы с сигналом без прямой видимости (NLOS) базовой станции (БС)или точки доступа (АР).
Всистемах четвертого поколения в качестве технологий доступа к ресурсу общего каналаиспользуются все возможные виды разделения каналов: частотное разделение (FDMA)и его улучшенная модификация — ортогональное частотное разделение (OFDMA),временное разделение (TDMA), пространственное разделение (SDMA), кодовоеразделение кана-лов (CDMA).
Пространственноеразделение служит как для передачи большего количества полезных сигналов(увеличения количества активных абонентов), так и для повышения пропускнойспособности соединения «абонентское устройство (АС) — базовая станция (БС)».Известные алгоритмы, предложенные и реализованные исследовательскими группами,например, BLAST, METRA реализуют технологию MIMO обработки сигналов с многимивыходами (передатчиками) и многими входами (приемниками). Технология используетметоды пространственно-временной адаптивной обработки сигналов, в том числепространственно-временного кодирования и позволяет увеличить количествоактивных абонентов в одной полосе частот в несколько раз по сравнению с методамиCDMA, TDMA и FDMA либо в настоящее время увеличить скорость передачи информацииот абонента в 2...4 раза.
Предусматриваетсяи реализована возможность подавления и устранения помех от источников ужефункционирующих в диапазоне частот системы радиодоступа, планируемой к применениюв том же регионе. Такое свойство позволяет надеяться на решение проблемы ЭМСдля систем с первичным и вторичным назначением частот, обеспечивая возможностьнепричинения помех и невосприимчивости к помехам. В частности, всегда возможнотакое задание приоритетов в системе адаптивной обработки сигналов, чтореализуемым станет динамическое распределение номиналов частот при выполненииусловий и ограничений, предусмотренных разрешением на эксплуатацию сети.
Получилиразвитие системы внутриофисного и домашнего применения. Они заметнодифференцировались в зависимости от потребностей и решаемых задач. Как правило,события развивались по следующему сценарию. Попытка применения уже существующейтех-нологии показывает ее неэффективность в решении новой задачи. Для последнейразрабатывается новая технология, удовлетворяющая критерии скорости передачи,дальности, энергопотребления, стоимости, диапазона частот и т.д.
Вчетвертом поколении появился стандарт 802.15.4, который способен решать многочисленныепроблемы внутри дома и офиса.
Развивалосьи конструктивное исполнение оборудования радиодоступа. Уже ушли в прошлоеабонентские станции с множеством управляющих кнопок и индикаторов. Современныеабонентские станции требуют, как правило, минимума знаний и умений для установки,которая выполняется в режиме «Plug & Р1ау». Установкой абонентскогооборудования первых трех поколений должны заниматься специалисты. Однако коборудованию четвертого поколения это ограничение не относится, так какабонентские станции способны практически без потери эффективности работать наотраженном сигнале и имеют встроенные средства адаптации к внешним условиям.Современные образцы оборудования систем радиодоступа включают в составкоммутационное, маршрутизирующее оборудование, средства управления, программноеобеспечение мониторинга, управления, тарификации и ряд других важнейших функцийсети связи. Четвертоепоколение
Воборудовании четвертого поколения заметной и преобладающей становится тенденцияк глобальному процессу стандартизации. Во всех странах выделен один диапазончастот, стандартизованы стыки, параметры радиоинтерфейса и другиехарактеристики. Такое оборудование, в частности абонентское, может выпускатьсялюбым производителем и функционировать в любой стандартизованной сети.
Процессглобализации приводит к удешевлению производства оборудования и, соответственно,увеличению объемов продаж как оборудования, так и услуг. Так, современныеPCMCI-карты для ноутбуков и карты для компьютеров поддерживают стандарты802.11а, 802.1 lb, 802.1 lg с учетом модификаций специфичных для Японии, США иЕвропы. Компании и страны, решившие пойти «своим» путем, очевидно, проиграют вборьбе за потребителя. Пример дает ситуация с носимыми и карманнымикомпьютерами и электронными записными книжками, в составе которых такие картыустановлены изначально изготовителями.
Развитиеинтерфейсов (стыков) с сетью общего пользования (СОП) прошло от аналоговыхабонентских линий до интерфейсов El, V5.1, V5.2 для телефонных сетей. Для сетейпередачи данных ситуация оказалась более стабильной. Стыки с сетью передачиданных общего пользования (СПД ОП) использовались, используются и планируются киспользованию стандарта Ethernet. Изменяются среда и скорость передачи.
Пользовательскийинтерфейс также подвергся изменениям. Применять оборудование радиодоступасейчас означает: установить абонентское оборудование, подключить к компьютеру,инсталлировать программу-драйвер, взаимодействующую на уровне Ethernet с компьютеромили другим оборудованием. Программа-интерфейс пользователя интегрирована вобщий пользовательский интерфейс, например, операционной системы Windows 2000,Windows ХР, Windows NT, Makintosh и др.
Общейхарактеристикой четвертого поколения является адаптивность почти всех элементовсети и интерфейсов, а также нацеленность на удовлетворение индивидуальных нуждабонента.
Дальнейшееразвитие оборудования четвертого поколения планируется в направленииадаптивности на всех уровнях модели OSI, глобализации, индивидуализации и пр.Скорости, которые требуется обеспечить на одного абонента составляют до 100Мбит/с. Оборудование, с помощью которого планируется решить указанные проблемы,относится к пятому поколению систем радиосвязи.
Вчастности, на него возлагается полное решение проблем организации индивидуальногоинформационного пространства для человека в его доме, офисе, на улице.
Вдоме и офисе предполагается, что большинство задач позволит решить нарождающаясясверхширокополосная технология радиосвязи (СШП, или UWB). В 2002 г. начат процессстандартизации в группе 802.15.3, результатом работы которой явился стандарт802.15.3а (оборудование корпорации Intel) с использованием сверхширокополосногосигнала, собранного из отдельных независимых частотных каналов. В настоящеевремя близок к завершению стандарт по традиционной сверхширокополосной (СШП)технологии, использующей субнаносекундные импульсы для передачи сообщений.
Всостав радиоинтерфейса входят адаптивные антенные системы, решающие комплексзадач: борьба с замираниями, борьба с помехами, повышение скорости передачиинформации, пространственное разделение сигналов.
Предпосылкисоздания систем пятого поколения имеются в существующем оборудовании.
Внеофисноеоборудование (входящее в тот же терминал абонента) позволит получать информациюв движении со скоростью до 150 км/ч с переменной скоростью передачи информации.Появление такого оборудования планируется в 2005 г. Технологические и научныеразработки в области радиосвязи позволяют надеяться на успешное решение всех поставленныхзадач и проблем.
Заключение
Оцениваякраткую, но стремительную историю развития систем радиодоступа, можноконстатировать, что двигателем развития являются как реальные, так исоздаваемые потребности абонентов в высоких скоростях передачи информации иудобстве использования оборудования.
Возникающиепроблемы, как правило, находят быстрое техническое решение, и со все большимускорением технические новшества внедряются в жизнь. В целом с тенденциейпредоставления услуг подвижным абонентам в машине, поезде и т.д. вырисовываетсяперспектива смыкания систем радиодоступа и систем подвижной связи (в частности,сотовой связи). В связи с чем сети радиодоступа потеряют свою фиксированную индивидуальность.
Однакоуспокаивать сторонников радиодоступа должно то, что, во-первых, все виды радиосвязии радиодоступа находят и найдут применение в будущем; во-вторых, подвижнаясвязь не решает всех проблем абонента, а поддерживает только уровеньабонентского доступа (абонентский терминал — БС), а остальные задачи требуютрешения на базе фиксированной связи; в-третьих, подвижная связь объективнодороже и обеспечивает худшее качество, чем фиксированная.
Именнопоэтому технологии фиксированного и «почти» фиксированного радиодоступаразвиваются и будут еще длительное время применяться во всем мире.
Список литературы
1. Тихонов«Сети радиодоступа», Орел, 2000
2. Григорьев«Сети и системы радиодоступа»