Системы беспроводной передачи данных в диапазоне частот 3,5 ГГц

Бурное развитие в последние годы новых информационных технологий привело к широкому распространению в России систем фиксированного беспроводного доступа, работающих в различных диапазонах частот (рис. 1).

Рис 1. Полосы рабочих частот систем фиксированного беспроводного доступа в диапазоне 3-10 ГГц

Анализ данных систем показал, что все сети фиксированного доступа рассматриваемого диапазона могут быть отнесены к системам WLL/FBWA диапазона 3,5 ГГц и RadioEthernet (RLAN) диапазона 5 ГГц.

Системы широкополосного беспроводного доступа WLL/FBWA

Появление широкого набора технологий, требующих предоставления высокоскоростных каналов, привело к дальнейшему развитию систем фиксированного беспроводного доступа WLL, описанных ранее. Помимо расширения объема предоставляемых услуг, системы широкополосного беспроводного доступа FBWA имеют ряд отличий от систем WLL. Данный тип систем, как правило, использует секторный принцип построения зоны обслуживания БС, современные многопозиционные методы модуляции (4FSK, 8FSK, QPSK, 16QAM, 64QAM), более широкий диапазон частот, занимаемый одним каналом (10-30 МГц).

В целом ряде систем реализуются такие возможности, как:

Для организации радиоканала в современных системах FBWA используются все классические методы многостанционного доступа:

Кроме того, производители оборудования разрабатывают собственные технологии доступа, представляющие собой усовершенствованные варианты или комбинации классических методов доступа и современных видов модуляции и обеспечивающие дополнительные потребительские свойства системы, например, качество обслуживания (QoS) уровня IP или ATM или независимость пропускной способности системы от числа одновременно обслуживаемых пользователей. Для организации дуплексной связи в современных системах FBWA широко используются оба классических метода: FDD (Frequency Division Duplex) и TDD (Time Division Duplex).

В последнее время в системах FBWA для борьбы с искажениями при многолучевом распространении сигнала и для поддержки работы систем в условиях непрямой видимости активно применяется технология OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), стандартизованная для беспроводных локальных сетей IEEE 802.11а и1ЕЕЕ 802.11g.

Потенциальная емкость современных систем FBWA (то есть максимальное количество АС, которые может обслужить одна БС) достигает 1000 АС и более. Однако реальная емкость сети оператора на базе систем FBWA будет зависеть от целого ряда факторов; метода доступа; используемой в радиотракте; способов предоставления каналов и т.д., а в первую очередь - от вида предоставляемых услуг.
При обслуживании различных видов трафика они могут предоставлять:

Качество обслуживания в системах FBWA на основе технологии ATM связано с классами обслуживания (CBR, VBR, UBR и ABR), разработанными для этой технологии. Каждый класс обслуживания определяет такие параметры, как минимальная пропускная способность, вероятность потери и максимальное значение задержки ячейки ATM. Интеграция технологии ATM в системы FBWA позволяет обеспечить сквозное качество обслуживания пользователей в современных мультисервисных сетях связи.

В системах FBWA, реализующих технологию IP, качество обслуживания различных видов трафика обеспечивается применением различных способов его приоритизации: DiffServ/TOS, IEEE 802.1p, установка приоритетов по протоколам (TCP, UDP, ICMP), приложениям (HTTP, SN'MP, SMTP и др.) и IP-адресам. Обслуживание очередей на терминальных станциях осуществляется на основе параметра TTL (Time-To-Live – время жизни пакета), устанавливаемого оператором системы в соответствии с принятым способом приоритезации.

Операторы сетей на базе систем FBWA имеют возможность устанавливать с пользователями соглашения об уровне обслуживания (SLA) на основе классов обслуживания пользователей. Предусмотрены следующие классы обслуживания пользователей услуг передачи данных:

Анализ существующей загрузки различных диапазонов частот РЭС данного класса показывает существующую тенденцию к использованию операторами более высоких диапазонов частот (5 ГГц, 10 ГГц, 24 ГГц) в крупных городах и промышленных зонах, это в первую очередь связано с высокой загруженностью низкочастотных диапазонов, растущими требованиями корпоративных пользователей к качеству и скорости обслуживания, а также широким использованием FBWA для предоставления транспортных услуг (например, для подключения базовых станций к коммутаторам мобильных сетей).

В соответствии с решением ГКРЧ от 28 ноября 2005 г. № 05-10-01-001, признается возможным использование полос радиочастот 3400-3450 МГц, 3500-3550 МГц для радиоэлектронных средств фиксированного беспроводного доступа. При этом выделение полос радиочастот и присвоение (назначение) радиочастот или радиочастотных каналов для РЭС фиксированного беспроводного доступа в указанных полосах радиочастот должно осуществляться при условии, что заявляемые параметры РЭС соответствуют тактико-техническим характеристикам, приведенным в приложениях к указанному решению (таблицы 1).

Таблица 1

Требования к техническим характеристикам РЭС фиксированного беспроводного доступа в полосах частот 3400-3450 и 3500-3550 МГц

Анализ решений ГКРЧ и разрешений ФАС позволил сформировать перечень РЭС систем беспроводного доступа, работающих в полосах частот 3400-3600 МГц на территории Российской Федерации (таблица 2).

Таблица 2

Перечень РЭС систем беспроводного доступа, работающих на территории Российской Федерации в диапазоне 3-10 ГГц

В приведенных системах используются классические технологии радиоинтерфейса: DS-CDMA, FH-CDMA, TDMA, а также технология OFDM. Исходя из вышеизложенного, оборудование беспроводного доступа условно можно разделить на 4 группы (рис 4).

Рис.2. Классификация оборудования беспроводного доступа 3,5 ГГц

Общие технические требования к  радиооборудованию системам беспроводного доступа с кодовым разделением каналов на основе скачков частоты (CDMA) в диапазоне частот 3,5 ГГц

Общие технические требования к оборудованию систем беспроводного абонентского радиодоступа CDMA изложены в руководящем документе Минсвязи России РД 45.171-2000. Основные его положения рассмотрены ниже.

Методы кодирования, применяемые в системах беспроводного доступа CDMA

Системы беспроводного абонентского радиодоступа CDMA должны обеспечивать прозрачность соединения абонентских устройств с АТС: наличие радиоканала не должно вносить какие-либо ограничения. Для передачи речи могут использоваться следующие методы кодирования:

Возможно использование и других методов кодирования речи в соответствии с рекомендациями МСЭ-Т, обеспечивающих требуемое качество.

Длительность периода между скачками частоты в системах беспроводного доступа CDMA

Период времени между скачками частоты не должен превышать 400 мсек.

Пропускная способность систем беспроводного доступа CDMA

В качестве пропускной способности систем беспроводного доступа CDMA рассматривается количество каналов трафика и скорость передачи в канале трафика. Под максимальной загрузкой системы (МЗС) понимается максимальное число одновременно загруженных каналов трафика со скоростью 64 кбит/с, которое обеспечивает система беспроводного доступа CDMA (при КОБ не более 10-6). Если система беспроводного абонентского радиодоступа FH-CDMA не поддерживает каналы трафика со скоростью 64 кбит/с, то МЗС определяется эквивалентным числом каналов со скоростью 64 кбит/с по формуле:

МЗС = R x N / 64,

где
R – скорость передачи в канале трафика (кбит/с);

N – максимальное число каналов трафика со скоростью R;

В таблице 3 приведены минимальные значения МЗС для рекомендуемых значений канального разноса.

Таблица 3

Канальный разнос, МГц	1, 0	2,0	3,5	7,0	14
Минимальное количество каналов трафика 64 кбит/с	8	16	28	56	112
Минимальная скорость передачи информации, Мбит/с	0,5	1,0	1,75	3,5	7,0

Требования к приемникам систем беспроводного доступа FH-CDMA

Минимальные уровни сигналов на входе приемников центральной радиостанции (ЦРС), ретранслятора (РС) и терминала (ТС), обеспечивающие требуемые значения КОБ при заданной скорости передачи информации в радиоканале, в условиях максимальной загрузки системы (чувствительность приемника) должны соответствовать значениям, приведенным в таблице 4.

Таблица 4

Минимальные уровни сигналов на входе приемников ЦРС, РС и ТС

Минимальная скорость передачи информации в радиоканале, Мбит/с	Минимальный уровень сигнала, дБм, не более 1) (КОБ=0.001)	Минимальный уровень сигнала, дБм, не более 1) (КОБ=0.000001)
0,5	-94	-90
1,0	-91	-87
1,75	-89	-85
3,5	-86	-82
7,0	-83	-79
1) Минимальные уровни сигналов на входе приемника рассчитываются по следующим формулам: КОБ=0.001: (-91+10lg[скорость передачи информации в радиотракте, Мбит/с])дБм; КОБ=0.000001: (-87+10lg[скорость передачи информации в радиотракте, Мбит/с]) дБм.

Отношение максимального и минимального уровней сигнала на входе радиоприемника соответствующих КОБ=0,001 (динамический диапазон радиоприемника), должно составлять не менее 40 дБ. Величина динамического диапазона радиоприемника указывается производителем в технических условиях на оборудование.

Допустимые уровни со-канальной помехи при уровнях входного сигнала, соответствующих значениям, приведенным в вышеуказанной таблице для различных значений деградации чувствительности приемника Δ должны соответствовать значениям, приведенным таблице 5.

Таблица 5

Допустимые уровни со-канальной помехи

Канальный разнос	Допустимые уровни со-канальной помехи при КОБ=10-6, дБм, не менее
	Δ=1 дБ	Δ=3 дБ
1,0	-117	-111
2,0	-114	-108
3,5	-112	-106
7,0	-109	-103
14,0	-106	-100

Допустимые уровни помехи от соседнего частотного канала при уровнях входного сигнала, соответствующих указанным выше значениям для различной деградации чувствительности Δ должны соответствовать значениям, приведенным в таблице 6.

Таблица 6

Допустимые уровни помехи от соседнего частотного канала

Канальный разнос	Допустимые уровни помехи от соседнего канала, при КОБ=0.000001 дБм, не менее
	Δ=1 дБ	Δ=3 дБ
1,0	-101	-95
2,0	-98	-92
3,5	-96	-90
7,0	-93	-87
14,0	-90	-84

  
Избирательность приемника по зеркальному каналу приема должна быть не менее 70 дБ.

При появлении на входе радиоприемника одновременно с полезным сигналом, уровень которого соответствует КОБ = 10-6, помехи в виде гармонического колебания, уровень которой на 30 дБ больше уровня полезного сигнала, деградация чувствительности приемника для сохранения КОБ = 10-6 не должна превысить 1 дБ.

Общие технические требования к радиооборудованию системам беспроводного абонентского доступа с временным разделением каналов (TDMA) в диапазоне частот 3,5 ГГц.

Общие технические требования к оборудованию систем беспроводного абонентского радиодоступа TDMA изложены в руководящем документе Минсвязи России РД 45.165-2000. Основные его положения рассмотрены ниже.

Методы кодирования применяемые в системах беспроводного абонентского радиодоступа TDMA

Для передачи речи могут использоваться следующие методы кодирования:

Возможно использование и других методов кодирования речи в соответствии с рекомендациями МСЭ-Т, обеспечивающих требуемое качество.

Пропускная способность систем беспроводного доступа TDMA

С учетом возможности использования в оборудовании беспроводного доступа TDMA различных видов модуляции и способов помехоустойчивого кодирования, при определении требований к указанному оборудования используется деление на два типа – А и В.
В общем случае оборудование типа А позволяет обеспечить больший радиус зоны обслуживания, оборудование типа В предполагает более экономное использование частотного ресурса.

Требования к минимальной скорости передачи информации в радиотракте в зависимости от канального разноса для оборудования типа А и оборудования типа В приведены в таблице 7

Таблица 7

Минимальная скорость передачи информации в радиотракте

Канальный разнос, МГц	< 1,751)	1,75/2	3,5	7	14	28/30
Оборудование типа А
Минимальная скорость передачи информации в радиотракте, Мбит/с	< 2	2	4	8	16	32
Оборудование типа В
Минимальная скорость передачи информации в радиотракте, Мбит/с	< 4	4	8	16	32	64
1) Указывается производителем оборудования

Принадлежность конкретного радиооборудования беспроводного доступа TDMA к тому или иному типу должно быть указано в Технических условиях на оборудование.

Требования к приемникам систем беспроводного доступа TDMA

Минимальные уровни сигналов на входе приемника для оборудования типа А и типа В, обеспечивающие требуемые значения КОБ при заданной скорости передачи информации в радиоканале, (чувствительность приемника) должны быть не выше значений, приведенных в таблице 8

Таблица 8

Оборудование типа А
Канальный разнос, МГц	<1,75/2	1,75/2	3,5	7	14	28/30
Минимальная скорость передачи информации в радиотракте, Мбит/сек	<2	2	4	8	16	32
КОБ£10-3	Прим 2)	-90 дБм	-87 дБм	-84 дБм	-81 дБм	-78 дБм
КОБ£10-6	Прим 2)	-86 дБм	-83 дБм	-80 дБм	-77 дБм	-74 дБм
Оборудование типа В
Канальный разнос, МГц	<1,75/2	1,75/2	3,5	7	14	28/30
Минимальная скорость передачи информации в радиотракте, Мбит/сек	<4	4	8	16	32	64
КОБ£10-3	Прим 2)	-90 дБм	-87 дБм	-84 дБм	-81 дБм	-78 дБм
КОБ£10-6	Прим 2)	-86 дБм	-83 дБм	-80 дБм	-77 дБм	-74 дБм

Динамический диапазон радиоприемника для КОБ£10-3 , должен составлять не менее 40 дБ.

Избирательность радиоприемника по зеркальному каналу должна быть не менее 75 дБ.

В составе оборудования TDMA 3-11 могут быть использованы антенные устройства следующих типов:

Выбор конкретных типов антенн для использования в оборудовании АРД TDMA 3-11 производится на этапе проектирования сети связи.

ТТХ основных типов РЭС систем беспроводного доступа в диапазоне частот 3400-3600 МГц.
При проведении анализа характеристик зоновых систем WLL/FBWA использовались данные, приведенные в карточках ТТХ по форме №1 ГКРЧ России, являющихся приложением к Решениям ГКРЧ, разрешающим использование указанных системы беспроводного доступа на территории России, и в технических описаниях данных систем. Кроме того, использовались обобщенные технические характеристики систем ФС, и в частности с характерной для систем WLL/FBWA конфигурацией «point-to-multipoint», приведенные в Рекомендации МСЭ-Р F.758 и в Отчете Комитета ERC № 40.

Анализ данных, приведенных в Рекомендации МСЭ, Отчете ERC, а также технических характеристик разрешенных к использованию на территории России систем беспроводного доступа в рассматриваемых полосах частот, позволил сформировать для каждой классификационной группы систем WLL/FBWA набор параметров, необходимых для проведения оценки их ЭМС с устройствами СШТ. При этом основное внимание акцентировалось на характеристиках приемного тракта систем, т.к. в данном отчете рассматривалось влияние со стороны устройств СШТ на РЭС беспроводного доступа.

Характеристики систем беспроводного доступа диапазона 3400-3600 МГц классификационных групп DS-CDMA и FH-CDMA приведены в таблице 4.30

Система беспроводного доступа AS-4000

В системе AS-4000 реализован метод многостанционного доступа с кодовым разделением каналов на основе «расширения спектра прямой последовательностью». Для организации дуплексных каналов связи в данном оборудовании применяется частотное разделение каналов приема и передачи с дуплексным разносом 100 МГц (DS CDMA/FDD), разнос между соседними каналами 3,5 МГц. Тип используемой модуляции QPSK. В оборудовании может использоваться один из трех частотных планов (Х1, Х2, Х3). Чувствительность  приемника составляет –125 дБВт. Полоса пропускания УПЧ по уровню –3 дБ; -30 дБ; -60 дБ составляет соответственно 3,5; 7,7; 8,7 МГц.

Система беспроводного доступа BreezeACCESS XL

В системе BreezeACCESS XL реализован метод многостанционного доступа с кодовым разделением каналов на основе «расширения спектра скачками по частотам». Для организации дуплексных каналов связи в данном оборудовании применяется частотное разделение каналов приема и передачи с дуплексным разносом 100 МГц (FH-CDMA/FDD), разнос между соседними каналами 2,0 МГц. В оборудовании используется многоуровневая (2, 4, 8) GFSK модуляция, обеспечивая при неизменной ширине полосы излучения скорость передачи информации соответственно 1, 2, 3 Мбит/с и может быть реализован один из трех частотных планов (a, a1, b). Одновременно в системе может работать только один канал. Чувствительность приемника составляет –112 дБВт. Полоса пропускания УПЧ по уровню –3 дБ составляет 2 МГц.

Система беспроводного доступа BreezeMAX 3500

В системе BreezeMAX 3500 реализован метод многостанционного доступа с временным разделением каналов TDMA с использованием технологии OFDM. Для организации дуплексных каналов связи в данном оборудовании применяется частотное разделение каналов приема и передачи с дуплексным разносом 100 МГц (TDMA/FDD), разнос между соседними каналами 1,75 или 3,5 МГц. В оборудовании используется разноуровневая модуляция BFSK, QPSK и QAM с различными скоростями кодирования. Одновременно в системе может работать только один канал. Чувствительность приемника составляет –112…–133 дБВт в зависимости от ширины канала и типа модуляции/кодирования.

Система беспроводного доступа MultiGainWireless

В системе MultiGainWireless реализован метод многостанционного доступа с кодовым разделением каналов на основе «метода расширения спектра скачками по частотам». Для организации дуплексных каналов связи в данном оборудовании применяется временное разделение каналов приема и передачи (FH-CDMA/FDD),  разнос между соседними каналами 1,0 МГц. На каждой частоте излучается кадр из 16 таймслотов, в первых 8-ми осуществляется передача от АС к БС, во вторых – от БС к АС. В оборудовании используется трехуровневая GFSK модуляция, диапазон рабочих частот 3420-3500 МГц. Одновременно система работает только на одном радиоканале (8 телефонных каналов). Чувствительность  приемника составляет –118 дБВт. Полоса пропускания УПЧ по уровню –3 дБ составляет 0,7 МГц.

Характеристики систем беспроводного доступа классификационной группы TDMA приведены в таблице 4.18.

Во всех системах WLL данной группы реализован метод многостанционного доступа с временным разделением каналов в комбинации с частотным разделением дуплексных каналов связи.   

Системы беспроводного доступа Walkair 100, Continuum 70 (278)

Базовые станции cистем Walkair 1000 и Continuum 70 (278) состоят из 4-х (6, 8, 12) комплектов приемо-передающего оборудования, каждый из которых содержит 4 приемника и 4 передатчика. Каждый комплект подключается к общей приемо-передающей секторной антенне с шириной диаграммы направленности равной 90°. Каждый передатчик излучает/принимает сигналы в направлении/от АС на своей несущей частоте из дискретной сетки с шагом 1,75 МГц (для системы Continuum 70 (278) шаг сетки может быть также 3,5; 6; 7 МГц). Дуплексный разнос между частотами передачи и приема составляет 100 МГц. В оборудовании может быть реализован один из трех частотных планов (А, В, С).

Благодаря использованию технологии TDMA и 64-х позиционной квадратурной амплитудной модуляции (64 QAM) один приемопередатчик указанных систем может обслужить в пределах сектора диаграммы направленности своей антенны от 1 до 16 АС. Общая емкость передаваемая одним передатчиком БС составляет 2 х Е1 (2 х 2048) кбит/с. Особенностью  рассматриваемых  систем  WLL  является  возможность  динамического перераспределения указанной емкости между всеми АС сектора. Общее количество обслуживаемых АС в одном секторе – 64, базовой станцией в целом – 256 АС при необходимой полосе частот 2 х 28 МГц.   Количество одновременно работающих каналов в секторе/на БС в целом – 4/16, при этом в одном секторе каждый канал работает на своей частоте. Повышение суммарной канальной емкости сектора достигается за счет увеличения обслуживаемых его передатчиков. 

Таблица 9

Технические характеристики систем беспроводного доступа класса CDMA в диапазоне частот 3,5 МГц

Общие сведения	Наименование системы беспроводного доступа	Ед. изм.	AS-4000		BreezeAccess		MultiGainWireless
	Наименование станции		БС	АС	БС	АС	БС	АС
	Способ доступа к каналу		DS-CDMA/FDD		FH-CDMA/FDD		FH-CDMA/TDD
	Тип модуляции		QPSK		Многоуровневая GFSK		3-х уровневая FSK
Полосы частот	Наименование частотного плана		X1		a
	Полосы частот на передачу		3510-3552	3410-3452	3510-3552	3410-3452	3410-3500
	Наименование частотного плана		X2		a1
	Полосы частот на передачу		3531-3573	3431-3473	3500-3550	3400-3450
	Наименование частотного плана		X3		b
	Полосы частот на передачу		3555,5-3597,5	3455,5-3497,5	3550-3600	3450-3500
	Канальный разнос	МГц	3.5		2		1
	Дуплексный разнос	МГц	100.0		100.0		0.0
Парамет-ры приемни-ка	Чувствительность пороговая реальная	дБВт		-125		-112		-118
	Защитное отношение	дБ		10		15		15
	Полоса пропускания УПЧ -3дБ -30дБ	МГц		3,5 -		2 -		0,7 -
Парамет-ры АФУ	Коэффициент усиления антенны	дБ	14.0	10.0	12.0	17.0		18
	Высота подъема антенны над уровнем Земли	м	10-100		10-100		10-100
	Потери на одном метре фидера	ДБ/м	0.25	0.25	0.0		0.0
	Максимальная ЭИИМ,дБВт		15.76	0.00	10.00	22.00	-5.00	-3.00
	Рекомендуемое количество номиналов частот на базовую станцию				6		16

 
Таблица 10

Технические характеристики систем беспроводного доступа класса TDMA в диапазоне частот 3,5 МГц

 
Как уже отмечалось, 13 февраля 2007 г. приказом Минсвязи № 19 утверждены правила применения оборудования радиодоступа для беспроводной передачи данных в диапазоне 30 МГц - 66 ГГц, устанавливающие обязательные требования к параметрам оборудования радиодоступа для беспроводной передачи данных, применяемого в сети связи общего пользования и технологических сетях связи в случае их присоединения к сети связи общего пользования. В частности, в диапазоне частот 3,4-3,6 ГГц устанавливаются следующие ограничения на приемное оборудование БПД технологии закрытых систем (ТЗС) (таблица 11).

Таблица 11

Требования к параметрам приемников БС БПД ТЗС диапазона частот 3,4-3,6 ГГц

Примечание: для диапазона частот 3400 – 3600 МГц приведены уровни сигналов, обеспечивающие процент кадров принятых с ошибками ниже 8% от общего числа принятых кадров при длине кадра равной 1024 байтам.