Широкополосные Мультисервисные Сети


  
ПУБЛИКАЦИИ
 
 


MMDS: практика внедрения беспроводного доступа в Интернет
Ярошенко В. А., Широков В. Л., ООО "Телесет"
Журнал "ИнформКурьер-Связь", №10, октябрь 2001г.

Операторы проектируемых, строящихся и действующих кабельных, беспроводных и гибридных радиотелевизионных сетей в той или иной степени интересуются вопросами практического применения интерактивности, в том числе - для высокоскоростного доступа в Интернет. Поэтому рассмотрим некоторые аспекты внедрения системы доступа для эфирно-кабельной сети MMDS.

Дополнение радиотелевизионной сети MMDS двунаправленной беспроводной цифровой системой обмена данными позволяет оператору предоставлять новые виды услуг, обеспечивающие сети большую доходность -- это и высокоскоростной доступ в Интернет, и телефония через IP, могут также реализовываться интерактивные услуги, например, видео по требованию (VoD - Video on Demand).
Двунаправленная MMDS-сеть - одна из новых технологий, которая относится к так называемой широкополосной стационарной беспроводной связи, иногда называемой также широкополосным беспроводным доступом. Ее коммерческое внедрение в мире началось недавно, во второй половине прошлого года. Конкурирующими по отношению к этой технологии являются цифровые абонентские линии (DSL - Digital Subscriber Line) телефонных операторов, и кабельные модемы операторов кабельных ТВ-сетей. Однако DSL имеет ограничение расстояния от абонента до ближайшей АТС, а передача данных по ТВ-кабелю требует осуществления оператором определенной внутренней модернизации своей сети и подключения ее к внешней сети передачи данных.

Результаты исследований, проведенных фирмой Allied Business Intelligence, показывают, что в богатейшей стране мира, США, доля широкополосного доступа в Интернет по сетям MMDS (2,5-2,7 ГГц) составила к концу 2000 г. 57%, по LMDS (29--31 ГГц) - 32%. Прогноз на 2005 г.: MMDS - 70%, LMDS - 21%. Оставшаяся часть приходится на другие виды сервиса: мобильную связь, RadioEthernet (2,4 ГГц), U-NII (5,7--5,8 ГГц) и некоторые другие. Эти цифры свидетельствуют о высокой эффективности и соответственно притягательности применения двунаправленных систем MMDS.
Необходимо отметить, что технология широкополосного радиообмена данными по MMDS обеспечивает самую высокую скорость доступа в Интернет по сравнению с другими радиотехнологиями (при одинаковой ширине каналов).
Благодаря высокой скорости в двунаправленной MMDS-сети могут обеспечиваться разные виды интерактивного сервиса -- передача голоса, видеоконференцсвязь, сетевые игры, которые требуют оперативного межкомпьютерного взаимодействия и гарантированной высокой скорости при обмене данными.
В сетях MMDS обеспечивается такая скорость передачи данных, которая, в пересчете на ширину канала, недостижима для других технологий. Это обусловлено большой шириной прямых и обратных каналов, достигающей 6--8 МГц, а также наличием сложных схем модуляции сигналов, обладающих большой, 2--8-кратной, эффективной информационной емкостью передаваемых символов в пересчете на 1 Гц используемого частотного ресурса.
Необходимо отметить, что конкурирующая технология широкополосного доступа, RadioEthernet, документально обеспечивает скорость передачи данных от 1 до 11 Мбит/с, а реально - не более 3 Мбит/с. Причем она делится между всеми активными пользователями, в то время как в сети MMDS может обеспечиваться скорость до 56 Мбит/с на один канал и до 10 Мбит/с на каждого абонента.

В стадии реализации на фирме "Телесет" находится более десятка проектов MMDS с целью организации цифровых каналов для систем абонентского радиодоступа в Интернет и IP-телефонии наряду с многопрограммным телерадиовещанием.
Параметры первой, построенной в Новоуральске, системы радиодоступа MMDS/Интернет:
-- эффективная ширина одного прямого канала до 7 МГц (общая -- 8 МГц), обратного - до 5,12 МГц (общая -- 6,4 МГц);
-- количество прямых и обратных каналов - по 1, с возможностью расширения до 4 прямых и 12 обратных каналов;
-- методы модуляции сигнала в прямом канале: QPSK, 16-, 64- и 256QAM, а в обратном - QPSK и 16QAM;
-- скорость передачи данных в прямом канале 56 Мбит/с при модуляции 256QAM., в обратном - 20 Мбит/с при модуляции 16QAM;
-- общая пропускная способность системы - до 222,6 Мбит/с в прямых и до 245,76 Мбит/с в обратных каналах, в зависимости от используемой модуляции сигналов, количества и ширины каналов в МГц;
-- максимальное количество абонентских модемов, одновременно обслуживаемых головным модемом в одном прямом канале, - 4000;
-- количество компьютеров, подключаемых к каждому абонентскому модему без использования коммутатора/маршрутизатора, - до 15;
-- скорость обмена данными абонентского модема с пользовательским компьютером или с корпоративной локальной вычислительной сетью - до 10 Мбит/с.

Реальные измерения в действующей системе MMDS/Интернет показали, что скорость передачи данных при применении в прямом канале метода модуляции 16QAM достигает 24--25 Мбит/с, а эффективная скорость - 8 Мбит/с (в пересчете на одного абонента). С учетом накладных расходов, это соответствует ожидаемому результату. Дальнейшее увеличение пропускной способности системы возможно за счет повторного использования частотного ресурса, выделенного для передачи данных.
Фирма "Телесет" может предложить заказчику схемы построения оборудования обмена данными для сети MMDS, которые обеспечивают 2-х и 6-кратное использование частотного ресурса при пропорциональном увеличении общей пропускной способности или нагрузочной способности системы. Однако к внедрению таких схем необходимо подходить с осторожностью, поскольку при этом увеличивается количество и, следовательно, возрастает стоимость базового оборудования. Кроме того, возможно снижение надежности, если не ввести резервирование элементов системы. Возникают так называемые "пограничные" проблемы, связанные с изоляцией смежных частотных секторов и обеспечением эквивалентной дальности передачи на их границах.
В головном модеме системы обмена данными в прямом канале реализован алгоритм TDM (Time Division Multiplexing) - мультиплексирование с временным разделением, а в обратных каналах - алгоритмы TDMA (Time Division Multiple Access) и FDMA (Frequency Division Multiple Access) - временное и частотное разделения при множественном доступе. В целом в системе обмена данными используются спецификации, соответствующие стандартам DOCSIS и EuroDOCSIS (Data-Over-Cable-Service-Interface-Specifications) 1.0 и 1.1 + wireless, т.е. адаптированные для беспроводного применения.
Для обратных каналов в данной MMDS-системе выделена полоса частот 2305--2320 МГц (в других случаях могут также использоваться диапазоны 2150--2162, 2170--2190, 2345--2360, 2500--2542, 2674--2686 и 2644--2686 МГц; для них выпускаются типовые трансиверы).
Трансивер - это интегрированный маломощный приемопередатчик, состоящий из понижающего конвертора для прямого канала, повышающего конвертора и усилителя для обратного канала, входного и выходного диплексеров. Сегодня это самый дорогой элемент абонентской части системы, его стоимость составляет до 60% общей стоимости абонентского оборудования. Однако этот элемент является общим для отдельного выделенного сегмента CATV-сети, например подъезда, многоквартирного дома, группы домов, учебного заведения, организации. Поэтому стоимость приемопередающей части делится между всеми пользователями системы, подключенными к данному сегменту.

Трансивер с приемопередающей антенной (так называемый трансвертор) одновременно принимает и ТВ-сигналы, и данные, а также передает запросы в обратном направлении. Причем он конвертирует сигналы нисходящего потока в СК-диапазон, т.е. в 222--408 МГц. В обратном канале используемый трансивер конвертирует частоты 28,1--43,1 МГц в полосу радиочастот 2305--2320 МГц. При конвертации сигналов прямого потока в другой диапазон, например в ДМВ, можно использовать обычный понижающий MMDS--конвертор. В этом случае трансивер можно использовать в режиме только на передачу и подключаться к существующему конвертору через сумматор.
Мощность трансиверов на передачу составляет 250 мВт или по усилению до 32 дБ. При этой мощности обеспечивается дальность в радиусе до 32 км. На действующей радиосистеме практически проверена устойчивость обмена данными на удалении до 20 км от базовой станции.
Для дальнейшего увеличения дальности связи имеется возможность увеличения мощности абонентского Up-конвертора до 0,5 и даже до 1 Вт. В настоящее время производителем по заказу некоторых стран уже освоен выпуск отдельного Up-конвертора для использования под обратный канал частотного диапазона 2170--2190 МГц. Этот конвертор имеет усиление до 35 дБ и обеспечивает дальность до 50 км, то есть практически до линии горизонта.
Абонентский эфирно-кабельный модем - это быстродействующее устройство, сопрягающее интерфейсы кабельной телевизионной и локальной вычислительной сетей. С одной стороны, он подключается к коаксиалу общей CATV-разводки на 75 Ом через ответвитель, т.е. работает на скоростях прямого и обратного каналов головного модема. С другой стороны, абонентский модем имеет LAN-интерфейс Ethernet 10baseT, или 10 Мбит/с.
К любому изолированному CATV-сегменту могут подключаться несколько абонентских модемов. При этом модемы не конфликтуют и не мешают функционированию друг друга, что проверено в практической работе.

В действующей двунаправленной радиосистеме MMDS имеется провайдерский узел, а именно: организованы серверы для предоставления интернет-услуг. Кроме того, этот узел соединен двумя каналами -- наземным и спутниковым -- с магистральными каналами Интернета. Через спутниковый канал предоставляются услуги IP-телефонии. Этот канал через шлюз в Москве обеспечивает провайдеру-оператору MMDS-системы выход из Новоуральска в междугородные и международные телефонные сети через Интернет.
Предварительные расчеты показывают, что к одноканальной системе MMDS/Интернет могут быть подключены до нескольких тысяч телефонных абонентов.

В заключение важно отметить следующие особенности MMDS/Интернет:
1. Данная технология уже в одноканальном варианте позволяет обеспечить одновременный высокоскоростной доступ в Интернет нескольких десятков тысяч пользователей.
2. Ее использование не требует наличия телефонной линии, а сами пользователи могут находиться на значительном расстоянии от базовой станции. Последняя миля как бы удлиняется, а зона обслуживания абонентов увеличивается до линии горизонта.
3. За счет гарантированной высокой скорости можно дополнительно создать фиксированную телефонную связь множеству пользователей. Это особенно актуально для российской глубинки, где до настоящего времени вообще отсутствует телефонная связь.
4. Обеспечивается мультимедийность, т.е. богатые возможности Интернет сочетаются с многопрграммным телерадиовещанием высокого качества.

Итак, с помощью систем MMDS/Internet одновременно решаются две актуальные задачи: пользователи обеспечиваются цифровой телефонией и доступом во всемирную компьютерную сеть Интернет. Эти возможности, в свою очередь, способствуют стиранию информационных границ между глубинкой России и центром, что служит катализатором, ускорителем развития бизнеса, организации виртуального досуга, улучшения образования в отдаленных регионах.