Принципы организации систем связи
Степанова И.В.
Принципы организации систем связи
С фиксированным и мобильным доступом
Учебно-методическое пособие
Для бакалавров
направления подготовки 11.03.02 «Инфокоммуникационные
Технологии и системы связи»,
Профиль «Сети связи и системы коммутации»
Москва, 2017
ББК 32.882
Л14
УДК 621.395
Степанова И.В.
Л14 Принципы организации систем связи с фиксированным и мобильным доступом. - М.: МТУСИ, 2017. - 104 с., ил. ISBN-5-25601402-1
200 Экз.
Излагаются принципы организации фиксированного и мобильного доступа пользователей к телекоммуникационным сетям Российской Федерации. Рассматриваются используемые и перспективные технологические решения по организации беспроводного доступа. Излагаются подходы к расчету систем и сетей мобильной связи. Определяются перспективные направления развития телекоммуникационных систем фиксированного и мобильного доступа.
Учебно-методическое пособие предназначено для формирования компетенций ПК-1, ПК-7 и ПК-9 у студентов вузов связи, а также для широкого круга инженеров и научных работников, занимающихся эксплуатацией и проектированием сетей телекоммуникаций.
Рецензенты: С.Н.Степанов, Е.Е.Маликова
ИРИНА ВЛАДИМИРОВНА СТЕПАНОВА
Принципы организации систем связи с фиксированным и мобильным доступом
ИБ N2824
ISBN-5-25601402-1
Электронная библиотека МТУСИ, 2017
Предисловие
Операторы связи заинтересованы в решениях, которые позволят за счет небольших дополнительных инвестиций расширять существующую телекоммуникационную сеть, наращивая ее таким образом, чтобы обеспечить минимизацию затрат на создание и развитие точек присутствия. Предполагается, что значительный дополнительный доход будут приносить услуги, для реализации которых требуется повышенная скорость передачи информации.
В построение транспортных волоконно-оптических сетей для передачи высокоскоростных информационных потоков уже инвестированы значительные средства. Это позволяет реализовать сложные сетевые структуры для предоставления пользователям широкого спектра услуг. Перспективные сети доступа практически не ограничивают возможности оператора по предоставлению современных информационных услуг.
Современный период развития сетей связи в Российской Федерации характеризуется тем, что количество абонентов мобильной связи превышает число пользователей фиксированной связи. Подавляющее большинство абонентов в сотовых сетях мобильной связи Российской Федерации включены в системы стандартов GSM/GPRS (Global System for Mobile communications/ General Packet Radio Service) диапазонов 900 МГц и 1800 МГц поколений 2G/ 2,5G. Для диапазона 400 МГц перспективно внедрение оборудования с кодовым разделением каналов CDMA (Code Division Multiple Access), а также транкинговых систем профессиональной радиотелефонной связи. Эволюция сетей мобильной связи идет в направлении развертывания сетей четвертого поколения стандарта LTE. Перспективным направлением развития отрасли телекоммуникаций становится реализация универсальной архитектуры IMS (Internet Protocol Multimedia Subsystem), которая обеспечивает конвергенцию фиксированной и мобильной сетей связи.
В настоящем учебно-методическом пособии систематизируются подходы к реализации фиксированного и мобильного доступа, а также определены требования по качеству предоставления услуг связи.
Учебно-методическое пособие предназначено для формирования компетенций ПК-1 (в части содействия внедрению новых технологий в проектируемые системы), ПК-7 (в части изучения научно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта по стандартам мобильной связи) и ПК-9 (при проведении расчетов по проектированию систем мобильной связи) у студентов вузов связи, для широкого круга инженеров и научных работников, занимающихся эксплуатацией и проектированием сетей телекоммуникаций.
Кафедра СС и СК отмечает, что результаты научно-исследовательской работы студентов Макарова Алексея Александровича, Климовой Татьяны Алексеевны,Задорина Алексея Сергеевича были использованы в настоящем учебно-методическом пособии.
Рисунок 2.1- Модель перспективной сети доступа
Основным диапазоном работы для оборудования WPAN является диапазон частот 2,4 ГГц.
Скорость передачи информации в сетях WPAN достигает 10 Мбит/с для стандарта Bluetooth V2.0. Ожидается, что скорость передачи информации в условиях использования оборудования Ultra Wideband (UWB) будет превышать 100 Мбит/с при радиусе зоны обслуживания до 10 метров.
 |
Рисунок 2.2 - Технологии фиксированного радиодоступа
В масштабах города
Технология локальных беспроводных сетей Wireless Local Area Network (WLAN) была разработана для обеспечения доступа к сетям передачи данных и сети Internet абонентов корпоративных сетей, а также для обслуживания платежеспособных клиентов в выставочных центрах, отелях и аэропортах.
Современное оборудование технологии WLAN используется для построения внутри офисных беспроводных сетей. При этом радиус зоны обслуживания составляет от нескольких десятков до 100-150 метров. При использовании дополнительных усилителей и направленных антенн зона обслуживания может быть увеличена до нескольких десятков километров. Для развития сетей WLAN используются полосы частот в диапазонах 2,4 ГГц и 5 ГГц. Оборудование WLAN разрабатывается по таким стандартам как:
серия стандартов, разработанная рабочей группой IEEE 802.11, института IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) в США, получившая широкую известность как технология Wi-Fi;
стандарты HiperLAN (High Performance LAN) европейского института стандартизации связи ETSI в рамках проекта BRAN (Broadband Radio Access Networks);
японский стандарт HiSWAN (High Speed Wireless Access Network);
технология, разработанная консорциумом HomeRF Working Group (HomeRF2).
Следует отметить, что в странах с развитой телекоммуникационной инфраструктурой свыше 90% сетей используют технологии WPAN и WLAN для предоставления услуг передачи данных и голоса в масштабе города или района.
Технология городских беспроводных сетей города Broadband Wireless Access (BWA) предназначена для развертывания беспроводных сетей масштаба города. Стандартизованное название WiMAX выглядит как Worldwide Interoperability for Microwave Access, то есть всемирная взаимная совместимость для микроволнового радиодоступа. Основной функцией сетей технологии BWA является предоставление канала связи организациям или коллективным пользователям, которые имеют высокий уровень запросов в части номенклатуры и качества услуг.
Перед оператором сети BWA стоит задача обслуживания множества таких клиентов, у каждого из которых могут быть собственные требования к качеству и пропускной способности канала, а также к дополнительным сервисам. Поэтому оборудование, используемое для создания сети BWA, должно поддерживать различные уровни обслуживания и комплексы услуг для каждого подключаемого абонента, обеспечивать тарификацию и управление всей сетью.
Разработкой и продвижением технологии WiMAX на рынке телекоммуникаций занимается промышленная группа WiMAX Forum - консорциум ведущих производителей оборудования беспроводного доступа и наборов микросхем для него. Кроме взаимной совместимости, которая должна привести к серьезному удешевлению оборудования, новый стандарт предусматривает множество важных преимуществ. Среди них можно выделить возможность работы сети вне зоны прямой видимости антенн базовых станций, а также повышенный уровень качества обслуживания трафика. Однако в Российской Федерации для развития городской инфраструктуры был выбран стандарт LTE, который полностью заменяет собой системы WiMAX.
На рисунке 2.3 показаны требования к скорости передачи информации при использовании различных служб, как для восходящего (от пользователя), так и для нисходящего потока (к пользователю). Большинство абонентских служб являются асимметричными. Другими словами - пользователь принимает большой объем информации, при этом скорость передачи информации обычно значительно меньше.
Определим характерные варианты предоставления услуг на уровне абонентского доступа.
При работе на дому пользователь имеет возможность осуществлять доступ к рабочей станции, принтерам, факсам или удаленным локальным сетям. Он располагает возможностью получения следующих услуг:
нисходящий поток – видео качество CATV (4 Мбит/с) + голос + данные; восходящий поток – голос + данные (>64 Кбит/с).
В режиме видео конференции конечный пользователь имеет возможность принимать видеоизображение из удаленного источника, в этом случае видео будет передаваться по нисходящему потоку, а аудио информация в восходящем потоке:
нисходящий поток - видео (1.5 Мбит/с) + голос + графика;
восходящий поток - голос + графика + данные (все - 384 кбит/с).
В режиме реализации услуг «Видео по запросу» и «Интерактивное телевидение» конечный пользователь может получить доступ к видео реального времени, и/или заранее сохраненному видео или к графике, а также может осуществить поиск с помощью меню:
нисходящий поток – качество VHS (1.5 Мбит/с), CATV (4 Мбит/с), высокое (6 Мбит/с);
восходящий поток – удаленное управление с помощью VCR (16 Кбит/с).
При реализации услуги «Музыка по запросу» пользователь может осуществить доступ к музыке через сеть провайдера служб:
нисходящий поток – высококачественная аудио служба (384 Кбит/с);
восходящий поток – дистанционное управление (стоп, пауза,... ) на скорости 100 бит/с.
Пользователь имеет возможность участвовать в интерактивной игре через удаленный сервер с другим пользователем на скорости: нисходящий поток – высококачественное видео (6 Мбит/с) + аудио; восходящий поток – джойстик или мышь (>64 Кбит/с).
все технологии для создания широкополосных местных сетей являются равноправными. Общие тенденции развития показывают, что местные сети в будущем станут гибридными — в них услуга будет определять оптимальную среду и технологию доставки для конкретного случая и абонента.
Рисунок 2.3 - Характеристики интерактивных служб
Широкополосного доступа
В самом начале развития беспроводных сетей комитет FCC (распределяющий частоты в США) выделил для работы беспроводных систем гражданского назначения три частотных диапазона: один в районе частоты 915 МГц; другой в диапазоне от 2,4 ГГц до 2,4835 ГГц (S-band); третий - от 5,125 ГГц до 5,875ГГи (C-band).
Для устройств беспроводной передачи данных действует принятый в 1997 году стандарт IEEE 802.11, а также его более поздние расширения - IEEE 802.11а, IEEE 802.11b и IEEE 802.11g (см. рис.5.1). Стандарт регламентирует диапазоны частот, скорости передачи, методы кодирования информации и прочие технологические характеристики работы сети. Основное содержание стандарта 802.11 - организация беспроводных коммуникаций на ограниченной территории в режиме локальной сети: несколько абонентов имеют равноправный и нерегулируемый доступ к общему ресурсу - точке доступа.
 |
30Мгц
5150 5180 5200 5220 5240 5260 5280 5300 5320 5350 МГц
Спектральная маска передачи
Типичный спектр передачи
Рис.3.1. Спектральная маска и распределение неперекрывающихся каналов в диапазоне 5,15-5,35 ГГц для стандарта IEEE 802.11a. Мощность (дБr) определяется относительно пиков функции sin(x)/x
Простейшая сеть, построенная по технологии Wi-Fi, состоит из устройства доступа, которое подключено к сети Интернет и подключенных к нему абонентских устройств (см. рис.3.2). Устройство доступа может быть подключено к сетям провайдера как проводным способом, так и различными беспроводными технологиями.
Рисунок 3.2 -Стандартная схема подключения в Wi-Fi сетях
Зона покрытия сети Wi-Fi обеспечивают беспроводную связь на относительно небольших расстояниях (как правило, десятки метров) при наличии прямой видимости между передатчиком и приемником. К основным элементам сетей Wi-Fi относятся абонентские устройства и устройства доступа к беспроводной Wi-Fi сети. В оборудовании устройств доступа предусмотрены интерфейсные устройства и радиостанции точки доступа, взаимодействующtq с абонентскими устройствами сети. Между устройствами доступа возможен радиообмен внутри сети, либо может использоваться опорная сеть (см. рис.3.3).
Рисунок 3.3 - Радиообмен устройств доступа через опорную сеть
Абонентскими устройствами также могут являться персональные компьютеры пользователей, оборудованные встроенными беспроводными адаптерами, либо персональные компьютеры пользователей не оснащенные встроенными адаптерами, а подключенные к ними через USB-порт. При наличии в сети Wi-Fi нескольких устройств доступа все абонентские устройства этой сети разделяются на ячейки, каждая из которых взаимодействует со своим устройством доступа.
Стандарт IEEE 802.11 включает ряд вариантов, отличающихся, прежде всего, скоростью передачи двоичных символов и диапазоном рабочих частот. Из всех существующих стандартов беспроводной передачи данных IEEE 802.11, на практике наиболее часто используются всего три, определенных Инженерным институтом электротехники и радиоэлектроники (IEEE), это варианты стандарта 802.1 lb, 802.1 lg и 802.11а.
Постоянной тенденцией развития технических решений WiFi считается повышение скорости передачи информации. В связи с этим возникла необходимость использовать и другие диапазоны частот.
Изначально, этой технологией, предусмотрено обеспечение связи по стандарту IEEE802.11. Основные различия набора стандартов IEEE 802.11, для коммуникации беспроводных устройств, заключены в скорости передачи данных и диапазона используемых частот. Изначально стандарт IEEE 802.11 предполагал возможность передачи данных по радиоканалу на скорости не более 1 Мбит/с и, опционально, на скорости 2 Мбит/с. Один из первых высокоскоростных стандартов беспроводных сетей — IEEE 802.11a — определяет скорость передачи уже до 54 Мбит/с (рабочий диапазон стандарта — 5 ГГц). Принятый в 1999 году стандарт IEEE 802.11b не является продолжением стандарта 802.11a, так как в них используются различные технологии. Стандарт предусматривает использование не лицензируемого диапазона частот 2,4 ГГц. Скорость передачи — до 11 Мбит/с.В сентябре 2009 был принят стандарт IEEE 802.1 In(скорость передачи данных 600 Мбит/с на частотах 2,4, 2,5 или 5 ГГц) Наиболее часто используемые стандарты и их характеристики приведены в таблице 1.1
Помимо интеграции с существующими стандартами Wi-Fi стандарты также развиваются в направлении создания радиоинтерфейсов для работы в безлицензионных полосах частот. Для совместной работы с сетями Wi-Fi в одних и тех же полосах частот разработаны специальные алгоритмы по увеличению помехоустойчивости.
Wi-Fi является технологией беспроводной широкополосной передачи данных на основе стандартов группы IEEE 802.11. Основные и самые популярные решения взаимодействия мобильных устройств, связанные с передачей видео или другого мультимедийного контента, в настоящее время функционируют при помощи Wi-Fi в диапазонах частот 2,4 ГГц и 5 ГГц.
Таблица 3.1 – Характеристики стандартов технологии WiFi
| Стандарт IEEE | Название технологии на английском языке | Частотный диапазон работы сетей, ГГц | Год ратификации стандарта альянсом Wi-Fi Alliance | Теоретическая пропускная способность |
| 802.11 b | Wireless b | 2,4 | ||
| 802.11 а | Wireless а | |||
| 802.11 g | Wireless g | 2,4 | ||
| Super G | 2,4 | |||
| Wireless N, 150Mbps | 2,4 | - | ||
| Wireless N Speed | 2,4 | - | ||
| 802.11 n | Wireless N, 300Mbps | 2,4 | ||
| WirelessDualBandN | 2,4 и 5 | |||
| Wireless N, 450Mbps | 2,4/ 2,4 и 5 | - |
Особый интерес для коммуникаций многих мобильных устройств и устройств беспроводной коммутации представляет недавно инициированный стандарт 802.11ah, который предоставляет для новых мобильных решений эффективность и масштабируемость, не требующих высокой пропускной способности.
Новый стандарт предназначен для работы в диапазоне частот ниже 1 ГГц и будет поддерживать более узкие величины ширины канала (1 и 2 МГц), что положительно скажется на энергетической эффективности оборудования, а в конечном счете и на его стоимости. Стандарт также оптимизирован для возможности масштабирования его оборудования. На данный момент ожидается, что стандарт 802.11ah будет стандартизован в IEEE и станет работать в полосе частот 863–868 МГц, включающей в себя либо пять каналов по 1 МГц шириной, либо два канала по 2 МГц шириной.
Одно из основных преимуществ, заложенных в стандарт 802.11n, - это поддержка технологии MIMO (Multiple Input Multiple Output, Многоканальный вход/выход). Разработчиками технологии MIMO была заложена способность синхронно принимать и передавать множество потоков данных через несколько антенн, вместо одной.
В стандарте 802.11n возможны различные антенные конфигурации "МхN", начиная с "1х1" до "4х4" (самые распространенные на сегодняшний день это конфигурации "3х3" или "2х3"), где М -- число указывающее на количество передающих, а N - число указывает на количество принимающих антенн. Например, точка доступа с двумя передающими и тремя приемными антеннами является "2х3" MIMO-устройством.
Чем больше устройство 802.11n использует антенн для одновременной работы передачи/приема, тем будет выше максимальная скорость передачи данных. Само по себе использование нескольких антенн не увеличивает скорость передачи данных или расширение диапазона.
Основным в устройствах стандарта 802.11n является то, что в них реализован усовершенствованный метод обработки сигнала, который и определяет алгоритм работы MIMO-устройства при использовании нескольких антенн. Конфигурация "4х4" при использовании модуляции 64-QAM обеспечивает скорость до 600 Мбит/с, конфигурация "3х3" при использовании модуляции 64-QAM обеспечивает скорость до 450 Мбит/с, в то время как конфигурации "2х3" и "1х2" обеспечат скорость до 300 Мбит/с.
Существуют три режима работы точек доступа 802.11n - HT, Non-HT и HT Mixed. Режим HighThroughput (HT) известен как "чистый" режим (Greenfield-режим), предполагает отсутствие в зоне покрытия работающих устройств 802.11b/g, использующих ту же полосу частот. В этом режиме смогут работать только клиенты 802.11n, что позволит использовать преимущества высокой скорости и увеличенной дальностью передачи данных.
Точка доступа 802.11n в режиме Non-HT (наследуемый режим), отправляет все кадры в формате 802.11b/g, чтобы устаревшие станции смогли понять их. В этом режиме точка доступа должна использовать ширину каналов 20 МГц. Для обеспечения обратной совместимости все устройства должны поддерживать этот режим. При использовании этого режима передача данных осуществляется со скоростью, поддерживаемой самым медленным устройством.
Смешанный режим HT Mixed будет наиболее распространенным режимом для точек доступа 802.11n в ближайшие несколько лет. Режим HT Mixed обеспечит обратную совместимость устройств. В этом режиме точка доступа 802.11n распознает наличие старых клиентов и будет использовать более низкую скорость передачи данных, пока старое устройство осуществляет прием-передачу данных.
Таким образом, при практическом применении улучшений стандарта 802.11n, преимущества могут быть достигнуты в полной мере только при условии, что клиенты 802.11b/g отсутствуют и беспроводная сеть работает в "чистом" режиме HT.
В ближайшие несколько лет ожидается более широкое распространение телевизоров с поддержкой трансляции видеосигнала со смартфонов по технологии Wi-FiDirect и другим подобным радиоинтерфейсам, на данный момент сложно утверждать, что такой подход позволит избежать встраивания приемников eMBMS в традиционные телевизоры. Варианты подключения устройств по технологии Wi-Fi Direct представлены на рис. 3.4.
Рисунок 3.4 - Подключение устройств по технологии Wi-Fi Direct
В Российской Федерации
Регулирование радиочастотного ресурса в Российской Федерации возможно в рамках Федерального закона «О связи» № 126-ФЗ от 7 июля 2003 года, принятого Государственной Думой РФ 18 июня 2003 года и одобренного Советом Федерации 25 июня 2003 года, который задает правовые основы в области связи, устанавливает права и обязанности лиц, участвующих в указанной деятельности или пользующихся услугами связи.
В России использование технологии Wi-Fi без разрешения на использование частот от Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ) возможно для организации сети внутри зданий, закрытых складских помещений и производственных территорий. Для легального использования вне офисной беспроводной сети Wi-Fi (например, реализация радиоканала между двумя соседними домами) необходимо получение разрешения на использование частот. Решением ГКРЧ Российской Федерации с декабря 2009 года введена упрощенная и бесплатная процедура регистрации Wi-Fi – устройств малого радиуса действия. Решению ГКРЧ удовлетворяют три класса точек доступа для использования в помещениях и на открытом пространстве (см. табл.3.2 и 3.3):
в закрытых помещениях - устройства диапазона 2,4 – 2,483 ГГц (иначе, диапазон 2,4 ГГц) с эквивалентной изотропно излучаемой мощностью (ЭИИМ) менее 100 мВт;
вне помещений – устройства диапазона 2,4 ГГц при дополнительном ограничении на ЭИИМ до 1 мВт/МГц;
в закрытых помещениях – устройства диапазона 5,15 – 5,25 ГГц с ограничениями по ЭИИМ и ее плотности (200 мВт и 5 мВт/МГц).
Любая сертифицированная точка доступа Wi-Fi 802.11b/g/n с ЭИИМ до 100 мВт не требует расчета электромагнитной совместимости и дополнительного согласования с гражданскими и военными службами. Для развертывания беспроводных сетей внутри помещения следует использовать частотный диапазон 2.4 ГГц и оборудование стандарта IEEE 802.11b или 802.11g.Для каждого сегмента рынка можно рекомендовать свой диапазон.
1. Для операторов связи подходит диапазон частот 5.15 – 5.35 ГГц с его высокими скоростями и богатой функциональностью оборудования.
2. Для организации каналов «точка - точка» в городах, помимо диапазона 5.15 – 5.35 ГГц, хорошо подходит диапазон 5.725 – 5.850 ГГц.
3. Для беспроводных сетей в области и во всех крупных городах:
диапазон 2.4 ГГц – вне городов, он свободен от помех и обеспечивает максимальную дальность связи;
диапазон 5.725 – 5.850 ГГц обеспечивает хорошую дальность в режиме «точка - точка» и на более высоких скоростях.
Таблица 3.2 - Сравнение различных диапазонов внутри помещений
| Диапазон, ГГц | Преимущества | Недостатки |
| 2.4 | 1.Низкая стоимость оборудования 2. Наибольшая зона покрытия. 3. Упрощенная процедура получения частот | 802.11b – невысокая скорость 802.11g – меньшая зона покрытия, но скорость до 54 Мбит/с |
| 5.15 – 5.25; 5.25 – 5.35 | Высокая скорость передачи данных – до 54 Мбит/с | 1. Значительно меньшая по сравнению с диапазоном 2.4 ГГц зона покрытия 2. Нет упрощенной процедуры для получения частот |
Таблица 3.3 - Сравнение различных диапазонов вне помещений
| Диапазон | Преимущества | Недостатки |
| 2.4 ГГц | 1.Низкая стоимость оборудования 2. Максимальная дальность связи 3. Большой выбор оборудования | 1. Диапазон занят в городах 2. Невысокая скорость передачи 3. деятельность «пиратов» |
| 3.5 ГГц | 1. Отсутствие «пиратских» сетей 2. Хорошая дальность связи 3. Первое поколение WiMAX – систем | 1.Трудность получения частот 2. Высокая стоимость оборудования |
| 5.15 – 5.25 и 5.25 – 5.35 ГГц | 1. Высокая скорость передачи – до 54 Мбит/с | Меньшая дальность связи |
| 5.725 – 5.850 ГГц | 1. Богатый выбор поставщиков 2. Хорошая скорость – до 32 Мбит/с | В городах трудно получить частоты |
| 5.9 – 6.4 ГГц | 1. Свободный диапазон 2. Простота получения частот | Высокая стоимость частотных конверторов |
Решением ГКРЧ от 20.11.2014 г №14-29-01 внесены изменения в Приложение №2 к Решению ГКРЧ от 07.05.2007 г «О выделении полос радиочастот устройствам малого радиуса действия». Основные характеристики РЭС, работающих в полосе радиочастот 2400-2483,5 МГц, в соответствии с документами, указанными выше, приведены в таблице 3.4.
В Российской Федерации в диапазоне 2,4 ГГц разрешены к использованию 13 беспроводных каналов, три из которых являются непересекающимися (см. рис.3.5):
- 1 канал с центральной частотой 2.412 ГГц;
- 6 канал с центральной частотой 2.437 ГГц;
- 11 канал с центральной частотой 2.462 ГГц.
Таблица 3.4 - Основные технические характеристики и условия использования устройств малого радиуса действия в сетях беспроводной передачи данных
| Полосы радиочастот | Технические характеристики | Дополнительные условия использования | |||
| Наименование | Значение | Размерность | |||
| Устройства с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ) | |||||
| 2400-2483,5 МГц | Ширина канала | Не менее 1 | МГц | ||
| Время пребывания (работы) на одной несущей, выбор которой осуществляется по псевдослучайному закону | Не более 0,4 | с | нет | ||
| Количество каналов ППРЧ | Не менее 15 | ||||
| Максимальная ЭИИМ | мВт | ||||
| Устройства с прямым расширением спектра и другими видами модуляции (обязательно одновременное выполнение условий, приведённых ниже) | |||||
| 2400-2483,5 МГц | Максимальная спектральная плотность ЭИИМ | мВт/МГц | нет | ||
| Максимальная ЭИИМ | мВт | ||||
Рисунок 3.5 - Частотные каналы WiFi диапазона 2,4 ГГц
Для того, что бы соседствующие точки доступа не создавали помех друг другу, они должны работать в разных частотных каналах.Вариант частотного плана сети Wi-Fi представлен на рисунке 3.6.
Точки доступа, работающие на одном частотном канале, стараются размещать на углах равностороннего треугольника, тем самым максимально эффективно покрывая требуемое пространство.
Рисунок 3.6 - Частотный план Wi-Fi сети
29 февраля 2016 в Москве было принято решение об использовании в России частотного диапазона 57—66 ГГц для устройств стандарта IEEE 802.11ad (WiGig). Принятое решение вносит изменения в решение ГКРЧ от 7 мая 2007 года № 07-20-03-001 «О выделении полос радиочастот устройствам малого радиуса действия». Решением ГКРЧ также разрешено использование нового диапазона частот 5650—5850 МГц устройствами стандарта IEEE 802.11aс (Wi-Fi). Это позволит использовать канал до 160 МГц внутри зданий при развертывании сетей Wi-Fi стандарта 802.11aс. Также для диапазонов 5150—5350 МГц и 5650—5850 МГц вдвое была повышена допустимая мощность излучения. Теперь она составляет 10 мВт на 1 МГц. [8]
Радиоэлектронные средства подлежат регистрации в Роскомнадзоре в соответствии с установленным порядком. В соответствии c Постановлением Правительства Российской Федерации от 13 октября 2011 года № 837 «О внесении изменений в Постановление Правительства Российской Федерации от 12 октября 2004 г. № 539» не подлежат регистрации, в частности:
· Пользовательское (оконечное) оборудование передающее, включающее в себя приемное устройство, малого радиуса действия стандартов IEEE 802.11, IEEE 802.11.b, IEEE 802.11.g, IEEE 802.11.n (Wi-Fi), работающее в полосе радиочастот 2400—2483,5 МГц, с допустимой мощностью излучения передатчика не более 100 мВт, в том числе встроенное либо входящее в состав других устройств;
· Пользовательское (оконечное) оборудование передающее, включающее в себя приемное устройство, малого радиуса действия стандартов IEEE 802.11а, IEEE 802.11.n (Wi-Fi), работающее в полосах радиочастот 5150 — 5350 МГц и 5650 — 6425 МГц, с допустимой мощностью излучения передатчика не более 100 мВт, в том числе встроенное либо входящее в состав других устройств;
· Устройства малого радиуса действия, используемые внутри закрытых помещений, в полосе радиочастот 5150 — 5250 МГц с максимальной эквивалентной изотропно излучаемой мощностью передатчика не более 200 мВт;
· Устройства малого радиуса действия в сетях беспроводной передачи данных внутри закрытых помещений в полосе радиочастот 2400—2483,5 МГц с максимальной эквивалентной изотропно излучаемой мощностью передатчика не более 100 мВт при использовании псевдослучайной перестройки рабочей частоты.
Таблица 3.5 - Зависимость между скоростью передачи данных и чувствительностью
| Скорость | Чувствительность |
| 54 Мбит/с | -66 дБмВт |
| 48 Мбит/с | -71 дБмВт |
| 36 Мбит/с | -76 дБмВт |
| 24 Мбит/с | -80 дБмВт |
| 18 Мбит/с | -83 дБмВт |
| 12 Мбит/с | -85 дБмВт |
| 9 Мбит/с | -86 дБмВт |
| 6 Мбит/с | -87 дБмВт |
В зависимости от марки радио-модулей максимальная чувствительность может немного варьироваться. Из этого следует, что у разных производителей максимальная дальность будет разной.
В итоге, преобразовав формулу (3.1) относительно D, получим формулу дальности связи:
. (3.4)
Исходные данные для расчета дальности работы по беспроводному каналу связи представлены в таблице 3.6.
Таблица 3.6- Исходные данные
| Вид оборудования | Мощность передатчика, дБм | Чувствительность приемника, дБм | Коэффициент усиления антенны, дБи | Потеря сигнала, дБм | |||
| при 18 Мбит/с | при 36 Мбит/с | ||||||
| Для 2,4 ГГц | Для 5 ГГц | ||||||
| Точка доступа D-Link DAP-3662 | -77 | - 70 |
Произведем расчет зоны покрытия точки доступа D-LinkDAP-3662на скорости 18 Мбит/с. Потери сигнала в свободном пространстве составят:
.
В качестве примера рассчитаем зону действия сети на первом канале:
Пи выборе высоты размещения точек доступа нужно учитывать особенности распространения радиоволн. Радиоволна в ходе распространения имеет вид эллипсоида вращения с наибольшим радиусом по середине, называемый зоной Френеля. Схематичное изображение представлено на рис. 3.7.
Радиус зоны Френеля над предполагаемым препятствием, рассчитывается при помощи формулы:
R=17.3 
, (3.5)
R − радиус зоны Френеля (в м.);
S и D − расстояние от антенн до максимальной точки предполагаемой преграды (км);
f − частота (ГГц).
Рисунок 3.7 -Схематичное изображение зоны Френеля
Природные препятствия (естественные возвышенности, деревья) и препятствия искусственного происхождения (строения, столбы), попадающие в данную зону, ослабляют сигнал. Как правило, блокирование 20% зоны Френеля не вносит значительное затухание в канал. Выше 40% - затухание сигнала становится значимым, в этих случаях необходимо минимизировать влияние препятствий, например, выбором альтернативных путей распространения сигнала.
Данный расчет не учитывает кривизну земной поверхности. Для каналов с большой протяженностью, необходимо производить совокупный расчет, учитывающий рельеф и природные препятствия на пути распространения сигнала и следует располагать антенны по возможности выше. Приведем результаты расчета для расстояний 300, 500 и 1000 метров и представим результат в виде таблицы (см. табл. 3.7).
Таблица 3.7 - Результаты расчета первой зоны Френеля
| Расстояние между антеннами (м) | Требуемый радиус первой зоны Френеля для диапазона 2,4 ГГц (м) | Требуемый радиус первой зоны Френеля для диапазона 5 ГГц (м) |
| 4,3 | 2,9 | |
| 7,8 | 5,3 |
Расчет в данном случае выполнен для идеальных условий и не предусматривает наличие различных препятствий. По этому при проектировании конкретных систем беспроводного доступа и выборе мест установки точек доступа необходимо учитывать степень влияния различных препятствий на прохождение радиосигнала.
В таблице 3.8 представлены наиболее часто встречающиеся препятствия, влияющие эффективность передачи сигнала. Системы Wi-Fi, представляют собой достаточно не сложную структуру (см. рис. 3.8) и состоят из точек доступа, объединенных в единую сеть коммутатором, и подключенного к этой сети сервера с установленным на нем программным коммутатором Central WifiManager CWM-100.
Таблица 3.8 - Потери сигнала Wi-Fi при прохождении препятствий
| Препятствие | Дополнительные потери (dB) | Эффективный радиус действия после прохождения |
| Открытое пространство | 100% | |
| Окно без тонировки (отсутствует металлизированное покрытие) | 70% | |
| Пластиковая стенка (Офисная перегородка) | 60% | |
| Стена из гипсокартона | 55% | |
| Окно с тонировкой (металлизированное покрытие) | 5-8 | 50% |
| Деревянная стена | 30% | |
| Межкомнатная стена (15 см) | 15-20 | 15% |
| Несущая стена (30 см) | 20-25 | 10% |
| Бетонный пол/потолок | 15-25 | 10-15% |
| Монолитное железобетонное перекрытие | 20-25 | 10-5% |
Рисунок 3.8 - Структурная схема системы Wi-Fi
Рисунок 3.9 -Интерфейс управления программного коммутатора D-Link Central WifiManager
Контроллер разработан с учетом самых высоких требований современного бизнеса и предлагает целый набор функций корпоративного уровня, включая:
· аутентификацию с помощью внешних серверов RADIUS или LDAP;
· возможность управления радиочастотами для переключения точек доступа на менее загруженный канал;
· функцию автоматической настройки мощности для повышения производительности беспроводной сети;
· возможность автоматического устранения «мертвых зон» в случае отказа одной из управляемых ТД за счет увеличения мощности соседних (см. рис. 3.10);
· балансировку нагрузки между диапазонами для двухдиапазонных точек доступа.
Рисунок 3.10 – Иллюстрация автоматического устранения
«мертвых зон» в случае отказа одной из управляемых ТД
Программный контроллер поддерживает возможность разграничения сетевого трафика – внутреннего рабочего и гостевого. Специальный портал позволяет полностью контролировать работу гостевой сети и блокировать доступ к сети клиентам, не прошедшим аутентификацию.
Рисунок 4.1 - Публикации Международного Союза Электросвязи и подход к основополагающему LTE Release 8
Release 4 был следующим сборником технических спецификаций стандарта UMTS, в котором вводятся изменения