Классификация беспроводных сетей связи

ГЛАВА 21. Сети стандарта GSM

Классификация беспроводных сетей связи

Беспроводные сети позволяют связываться и получать доступ к приложениям и информации без использования проводных соединений. Существует большое количество разнообразных технологий беспроводных сетей, которые могут быть классифицированы в зависимости от размеров территориальной зоны, в которой они способны обеспечить связь. При этом они подразделяются на четыре основных типа (табл. 21.1):

· Беспроводная глобальная сеть WWAN (Wireless Wide Area Network);

· Беспроводная городская сеть WMAN (Wireless Metropolian Area Network);

· Беспроводная локальная сеть WLAN (Wireless Local Area Network);

· Беспроводная персональная сеть WPAN (Wireless Personal Area Network).

Таблица 21.1. Разновидности беспроводных сетей

Тип	Сфера действия	Стандарты
WWAN	По всему миру	Сотовые системы связи поколений 2, 2.5 и 3
WMAN	В пределах города	IEEE 802.16, WiMАХ, IEEE 802.11s, mesh-сети
WLAN	В пределах зданий	IEEE 802.11, Wi-Fi
WPAN	В непосредственной близости от пользователя	IEEE 802.15, Bluetooth

Каждый узел беспроводной линии связи оснащается антенной, которая одновременно является передатчиком и приёмником электромагнитных волн. Электромагнитные волны распространяются в атмосфере со скоростью 300 тыс. км/с во все направления или в пределах определённого сектора. Беспроводная среда отличается высоким уровнем помех.
Поскольку ресурсы радиочастот весьма ограничены, стоит задача общего всемирного регулирования использования частот. Для всемирной координации распределения частот мир был разделён Международной Союзом Электросвязи в области радиосвязи (МСЭ-Р) ITU-R (International Telecommunication Union-Radio Sector) на три региона. Комитет ITU-R периодически проводит конференции, на которых утверждается распределение частот во всех трёх регионах. В табл. 21.2 приведено несколько примеров частот, используемых в трёх регионах для WWAN и WLAN.

Таблица 21.2. Примеры распределения частот для беспроводных сетей

Тип сети	Сфера действия
Европа	США	Япония
WWAN	GSM 890 - 915 МГц 935 - 960 МГц 1710 - 1785 МГц 1805 - 1880 МГц	GSM 1850 – 1910 МГц 1930 - 1990 МГц
WLAN	IEEE 802.11 2400 – 2483 МГц	IEEE 802.11 2400 – 2483 МГц	IEEE 802.11 2471 – 2497 МГц

На рис. 21.1 приведена упрощенная схема, иллюстрирующая распределение распространения сигналов в беспроводных сетях на три зоны – передача, детектирование и помехи.

Рис. 21.1. Зоны: передача, детектирование и помехи

В пределах зоны передачи передача возможна, т.е. приём сигнала осуществляется с достаточно малым количеством ошибок. В пределах зоны детектирования передаваемая мощность достаточно велика (выделяется из фонового шума). Однако для установления связи количество ошибок оказывается слишком большим.

Внутри третьего (еще большего радиуса) передатчик фактически препятствует другим передачам, создавая фоновый шум. Приёмник не может детектировать посылаемые сигналы. Поэтому они лишь создают помехи другим сигналам. В реальности необходимо учитывать такое влияние условий распространения сигналов, как экранирование радиосигналов крупными препятствиями, отражение и рассеивание сигналов. Всё это, а также и многое другое является причиной многолучевого распространения сигнала [68].

Одним из следствий такого многолучевого распространения является более быстрое убывание интенсивности принимаемого сигнала. Этот эффект вызывает расширение начального сигнала из-за того, что распространяющиеся по различным путям сигналы достигнут антенны приёмника в разное время. Система GSM допускает расширения сигнала вследствие запаздывания до 16 мкс., т.е. более чем трёхкилометровую разность хода отдельных лучей. В результате отдельный импульс при приёме выглядит слабее других импульсов. Некоторые из принимаемых импульсов могут быть слишком слабы и проявляться в виде шума, т.е. происходит замирание и искажение результирующего сигнала.

Рассмотрим другой эффект от многолучевого распространения. Импульсы разных символов настолько отличаются по разности хода, что символы одного сигнала «налезают» на соседние символы другого. Этот эффект называется межсимвольной интерференцией. Чем выше скорость передачи, тем худшими будут последствия межсимвольной интерференции, так как предаваемые символы будут ближе друг к другу. Из-за этих помех накладываются ограничения на пропускную способность радиоканала.

Межсимвольная интерференция и расширение сигналов вследствие запаздывания имеют место даже в случае неподвижных передатчиков и приёмников. Ситуация ещё больше ухудшается, если передатчик и/или преемник находятся в движении.

Система GSM

Спектр радиоволн – это ограниченный ресурс. В отличие от проводного доступа, где у каждого терминала есть физическое соединение и связь с сетью, беспроводные системы обладают вполне определённым спектром частот, доступным в данном географическом регионе. Следовательно, от беспроводных сетей требуется тщательное выделение и распределение спектра в любом районе, чтобы множество пользователей могли одновременно устанавливать соединение. В настоящее время используются следующие способы использования спектра:

а) FDMA (Frequency Division Multiple Access) – множественный доступ с разделением каналов по частоте;

б) TDMA (Time Division Multiple Access) – множественный доступ с разделением каналов по времени;

в) CDMA (Code Division Multiple Access) – множественный доступ с кодовым разделением каналов;

г) OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) - ортогональный множественный досуп с частотным разделением.

Каждая из этих технологий разработана для того, чтобы обеспечить доступ к определенной частоте для многих пользователей (отсюда и множественный доступ во всех названиях). Глобальная система мобильной связи GSM (Global System for Mobile Communication) построена на основе множественного доступа FDMA и TDMA. Далее, глава 23 посвящена беспроводной сети связи стандарта 3G (UMTS), использующая доступ CDMA, и глава 25 - беспроводным сетям связи WiMAX и LTE, использующие доступ OFDMA.