Без стабильности нет мобильности: Тенденции развития технологий и приложений фиксированной связи

Картинка:

Автор: Юлия Волкова
Опубликовано в журнале "CIO" №11 от 22 ноября 2005 года

Системы фиксированной связи используются сегодня чрезвычайно широко и, как ожидается, не исчезнут с лица нашей планеты, а будут верой и правдой служить и далее. В соответствии с Регламентом радиосвязи, фиксированная связь обеспечивает «радиосвязь между определенными фиксированными пунктами». И сегодня в семье систем фиксированной связи у традиционных радиорелейных линий появилось множество младших братьев, сестер, кузенов и племянников. Среди них — сети широкополосного радиодоступа, «хот-споты», линии обратной связи в интерактивном телевидении; системы, использующие высотные платформы (стратостаты), а также элементы инфраструктуры сетей сотовой связи.

Однако если вспомнить тезис, что «все лучшее — враг хорошего», то нетрудно понять, что появление любых, пусть даже самых нужных систем и приложений вызывает необходимость что-то делать со старыми. Поэтому никуда не деться и от проблем, бурно растущих и удваивающих (а может, и утраивающих — кто их считал?) свое количество с каждым новым витком в диалектической спирали развития фиксированной связи. Среди этих проблем — и тенденции развития технологии, и возможные будущие области применения, и проблемы выделения частот, и сценарии совместного использования частот в различных диапазонах системами фиксированной связи и системами иных радиослужб.

Камо грядеши?

В наблюдаемой нами сегодня эволюции фиксированной связи от банальных релеек до сложнейших систем меш-технологии пристального внимания заслуживают:

Конвергенция режимов цифровой связи (передача данных, речи, подвижных и неподвижных изображений, звуковых файлов) приводит к тому, что изменения в технологии фиксированной связи сегодня не только стремительны, но еще и практически непредсказуемы. Эксперты уже не решаются строить прогнозы даже на такой короткий промежуток времени, как пятилетка. В результате государственные регуляторы в области связи испытывают необычайные трудности и практически не способны решать задачи, связанные с перспективным планированием использования спектра.

Распределение ролей

Роль фиксированной связи сегодня заметно меняется. В прошлом она решала самые разнообразные задачи по созданию транспортных сетей различного предназначения — от малоканальных сельских телефонных линий до высокоскоростных магистралей.

Если говорить о тенденциях, то еще совсем недавно высокоскоростные транспортные приложения могли «занимать» очень широкие полосы частот. В сетях же радиодоступа спектр фиксированной службы использовался очень экономно, и сами эти сети всегда считались лишь «добавкой» к кабельным линиям. Однако за несколько последних лет спрос на радиорелейные линии сверхвысокой пропускной способности заметно снизился, их все чаще заменяют оптоволоконными кабелями, и в обозримом будущем этот процесс будет продолжаться.

С другой стороны, и сети доступа в последнее время перестали быть игрушкой и образовали самостоятельный, быстро растущий и высококонкурентный рынок. В будущем ожидается, что сети доступа станут основным полем деятельности для фиксированной связи, отодвигая на второй план магистральные и транспортные приложения, которые будут лишь дополнять оптоволоконные системы передачи в труднодоступных, удаленных и топографически сложных районах.

Кроме того, в ряде случаев границы между системами фиксированной и подвижной связи будут размыты. Мы это видим уже сегодня. Выходящие на рынок поколения систем связи «точка-многоточие» обеспечивают высококачественную и широкополосную связь в отсутствие прямой видимости и позволяют строить сети доступа новой архитектуры (так называемой меш-технологии), позволяющей передавать информацию между двумя точками по различным путям. Поэтому вряд ли стоит удивляться все чаще звучащим заявлениям о том, что фиксированная связь сыграет главную роль в организации обратных каналов сетей подвижной связи 3-го и последующих поколений. И роль эта не будет сводиться к предоставлению услуг, фиксированные сети станут основой глобальной инфраструктуры.

Вполне вероятно, что появится множество различных новшеств в организации передачи, включая гибкие режимы дуплексного разноса и их самые неожиданные комбинации, технологии динамического распределения бит в потоке информации, более эффективные методы модуляции и управления лучами антенн. Такие системы, несомненно, смогут формировать каналы с варьируемой пропускной способностью, что позволит организовывать линии связи, степень асимметрии которых будет определяться потребностями абонентов, — и это важнейший фактор роста спроса на беспроводные услуги.

В этой связи интересно рассмотреть технологию программно-регулируемой радиосвязи (SDR). Это — радиосвязь, рабочие параметры которой, связанные, в частности, с использованием радиочастот, могут меняться без замены частей аппаратуры, а лишь по командам, полученным от управляющих программ. Кстати, если уж быть до конца честными, то SDR — вовсе не нечто абсолютно новое, в некотором современном радиооборудовании используются программируемые блоки. В этом смысле уже сегодня на наших сетях используется программно-регулируемая радиосвязь некоторого — пусть еще не совсем зрелого — вида.

Технология, «похожая на SDR», применяется с начала 1990-х годов и может оказаться рациональным решением проблем создания многосистемных, многополосных и многофункциональных беспроводных устройств. Имея возможность программного управления, высокоскоростные цифровые сигнальные процессоры смогут выполнять множество функций, которые ранее реализовывались аппаратно, а радиостанция сможет вести передачу и прием в самых разных полосах частот.

Одним из преимуществ SDR является то, что может быть создана общая программная платформа, способная реализовывать различные функции SDR, и для удовлетворения множества самых разнообразных требований оператора будет достаточно одного-единственного устройства. Все это в скором времени изменит процедуры разрешения на использование оборудования, правила формулирования технических стандартов и режимы сертификации.

Адаптивная SDR-система может менять свои технические параметры в реальном времени. Например, в пределах зоны покрытия базовой станции фиксированной связи точка-многоточие узловая станция технологии SDR может работать в нескольких режимах (скажем, временного /TDD/ и частотного /FDD/ разделения каналов) или в различных службах в соответствии с используемым программным обеспечением. Технология SDR может оказаться благоприятствующим фактором и для будущего развития систем фиксированного беспроводного доступа, и для улучшения использования спектра.

Это сладкое слово — конвергенция

Сегодня различать услуги связи фиксированные и мобильные становится все труднее. Услуга «передвижного фиксированного доступа» может быть реализована в сети как фиксированной, так и мобильной связи, в зависимости от требуемого уровня мобильности абонента и передаваемых им потоков данных. Интересно, что и многие полосы частот, распределенные для фиксированной связи, распределены также и для связи мобильной. И это упрощает ситуацию со слиянием двух служб, поскольку действия не должны быть глобальными, а могут носить региональный и даже внутригосударственный характер.

В ряде случаев, если того требует ситуация, один и тот же терминал может иметь возможность переконфигурации и работать как в качестве станции фиксированного доступа, так и в качестве мобильного терминала, а от сети требуется распознавать режим его работы и обеспечивать предоставление требуемых услуг. И вообще, нет никаких технических преград к тому, чтобы оборудование, разработанное для фиксированной связи, удовлетворяло требованиям широкополосного доступа в мобильных сетях.

Еще один аспект, который, как предвидится, окажет заметное влияние на тип связи в будущем, — это конвергенция приложений передачи речи и данных. Сегодня на рынке широко представлены смартфоны, или персональные коммуникаторы, позволяющие работать в обоих режимах.

Кто такой iBurst ?

Технология iBurst, предлагаемая сегодня на рынке, — это беспроводная связь точка-многоточие следующего поколения. В настоящее время стандарт еще не утвержден, но ему уже присвоен порядковый номер IEEE 802.20 (широкополосный беспроводной подвижный доступ).

Что на выходе? Беспроводной доступ в Интернет со скоростью DSL; поддержка всех интернет-стандартов и интернет-приложений, включая VoIP; чрезвычайно большая зона покрытия; фиксированный и подвижный доступ.

Что внутри?

Адаптивная антенна обеспечивает высокую скорость передачи данных за счет отстройки антенной системы от помех, создаваемых другими устройствами. Автоматическая система контроля уровня сигнала фокусирует мощность передатчика на пользователя и создает нулевые точки направлений, откуда приходят мешающие сигналы.

Широкополосная передача данных со множеством несущих. Ширина полосы канала 5 МГц, в одном канале 8 несущих, с каналами шириной по 625 КГц.

Асимметричная структура временных слотов — кадры делятся на три временных слота, причем слоты на линии от базы к абоненту длиннее, чем в обратном направлении.

Технология пространственной избирательности каналов — уникальная технология, она позволяет втрое увеличить пропускную способность сети. За счет предлагаемых инженерных и технических решений базовая станция может в одном временном интервале передавать и принимать сигналы сразу от трех абонентов с трех разных направлений на одной частоте без ухудшения качества сигнала.

Адаптивная модуляция. Система iBurst использует несколько различных классов модуляции, причем они могут быть разными на линиях для передачи от БС к абоненту и от абонента к БС. Соответствующий класс модуляции выбирается автоматически в зависимости от отношения сигнал/шум. Типы модуляции и скорости передачи показаны в таблице 1.

Фактически в этой системе уже реализованы те возможности, которые еще только планируется реализовать в технологии WiMAX. И, если поверить производителям в том, что мобильный вариант WiMAX все-таки появится к 2007 году, то нетрудно сделать вывод, что iBurst опережает WiMAX, как минимум, на 2 года. Сравнительно небольшая полоса канала (5 МГц) также говорит в пользу iBurst, особенно в условиях ограниченности радиочастот, доступных для внедрения новых технологий.

Уступите место

Основными препятствиями на пути внедрения новых технологий остаются не задачи технические, а проблемы регуляторные. Из-за перегрузки большинства доступных участков радиоспектра в ряде стран администрации решают задачи оптимизации его использования за счет выделения спектра для приложений, основанных на новейших технологиях, в тех участках, где уже работают их «старшие товарищи».

Тщательный анализ использования спектра, проведенный в ряде стран, — это только начало разрешения проблем, вызванных резко возросшим спросом на частоты. Для вывода на рынок новых услуг и технологий регулятор должен обеспечить высвобождение спектра, выводя в другие полосы развернутые ранее радиосредства или запрещая их эксплуатацию.

Другим способом высвобождения спектра является повышение эффективности его использование. Для этого человечество придумало многоуровневые схемы модуляции. Эти методы применяются в системах фиксированной радиосвязи, начиная с самых первых вариантов реализации высокоскоростных РРЛ в 1980-х годах, как показано на рисунке. По абсциссе здесь отложены годы, когда тот или иной метод многоуровневой модуляции был описан в рекомендациях МСЭ.

Как видно из рисунка, дальнейшего повышения эффективности за счет усложнения схем модуляции ожидать вряд ли стоит. Поскольку будущие приложения фиксированной связи, главным образом, нацелены на работу в режиме точка-многоточие, то для понимания того, насколько эффективно используется спектр, потребуется учет некоторых иных факторов, например, насколько близко друг к другу (как по частоте, так и по расстоянию) могут размещаться базовые станции или сколько информационных каналов может быть использовано в данном географическом регионе.

То есть опять задачки технические и проблемы регуляторные встают рядом. Уточню — рядом друг с другом.

Но — перед человечеством, а точнее — перед нами с вами.

При использовании технологий Frame Relay и ATM для построения корпоративных СПД крупные предприятия достаточно редко практиковали передачу речи по единой сетевой среде.

Телефония всегда была существенной статьей расходов для корпораций. С целью снижения их уровня корпорации начали транслировать некритичный речевой трафик по Интернету, устанавливая IP-шлюзы, прибегали к услугам Direct Access и даже телефонным картам, хотя качество такой связи оставляло желать лучшего.

В целом, для корпоративного клиента ситуация начала меняться лишь с приходом технологии IP/MPLS, позволившей организовать качественную телефонную связь по единой сетевой среде с другими видами трафика. По всему миру начался перевод традиционных корпоративных сетей на MPLS, что технически несложно, так как при построении последних используются те же самые цифровые «последние мили». Экономическая целесообразность перехода на новые технологии очевидна по сравнению с традиционными сетями. Следует отметить, что происходит это в период стагнации западной экономики, поэтому удобство и экономичность новых решений очень привлекательны для бизнеса.

Безусловно, не следует всех стричь под одну гребенку: ряд корпораций из соображений надежности, безопасности, резервирования используют традиционные технологии и не собираются от них отказываться.

Крупные корпорации с большим объемом речевого трафика создавали выделенные телефонные сети, в том числе региональные и международные, хотя зачастую такие корпорации начинали так же, как и SME (разница лишь в объеме потребляемых услуг и дополнительного сервиса). Экономическим обоснованием для выделенных сетей служит сравнение двух цен: цена международного канала Россия — штаб-квартира и стоимость речевого трафика в месяц. Если стоимость разговоров компании со штаб-квартирой достигает 10–15 тысяч долларов по тарифам своего оператора, а аренда международного выделенного канала на тот же срок составляет 5–6 тысяч, целесообразно транспортировать телефонный трафик по выделенному цифровому каналу, что не означает запрета на выход во внешние телефонные сети. Организовано это может быть по-разному. Кто-то звонил из России через своего коммерческого оператора, а кто-то направлял телефонный трафик по выделенному каналу до штаб-квартиры, и международное соединение осуществлялось оттуда, как правило, по тарифам в два-три раза ниже российских. Стоит отметить, что разница в тарифах на международные вызовы на Западе и в России породила довольно экзотические, но финансово обоснованные схемы телефонной связи. Для крупной корпорации экономия составляла, в среднем, порядка ста тысяч долларов в год.

До недавнего времени трафик телефонии и передачи данных шел по разным сетям, хотя местные операторы зачастую предлагали пропускать их по единой физической среде до сетевого узла этого оператора, где они маршрутизировались в телефонные сети либо СПД.