Osnovi Fiksnog Wireless

Elektronski fakultet u Nišu, Univerzitet u Nišu

Tema:

Bežične mreže za pristup (seminarski rad)

Studenti:

Profesor:

Dragana Đorđević 12193 Antonijević Nenad 12 147

dr. Nebojša Dončov

Niš, 2009. god.

Bežične mreže za pristup

Sadržaj: (seminarski rad)........................................................................................................................................- 1 1.

Osnovi fiksnih bežičnih mreža (Wireless) .......................................................................................- 3 1.1.

Radio ........................................................................................................................................- 4 -

1.2.

Korišćenje i prednost radia za fiksne pristupne mreže .............................................................- 4 -

1.3.

Povoljnosti instaliranja fiksnih bežičnih pristupnih mreža......................................................- 5 -

1.4.

Pokrivenost koju nudi bežična mreža.......................................................................................- 5 -

1.5.

Radio kao način za prenos velikih brzina pristupnih mreža.....................................................- 5 -

1.6.

Wireless tehologija otvorena za „plati-koliko-izgradiš“ mrežnu infrastrukturu.......................- 5 -

1.7.

Bežične mreže kao način podrške pristupnih linija..................................................................- 6 -

1.8.

Radio kao idealan mehanizam za veliki broj pristupnih portova ili multipleksiranje ..............- 7 -

1.9.

Fiksni bežični pristup je mnogo pouzdaniji od mobilne telefonije ..........................................- 9 -

1.10.

Primena fiksnog bežičnog pristupa za javne telekomunikacione sisteme ............................- 9 -

1.11.

Alternativne tehnologije za lokalne petlje............................................................................- 9 -

1.12.

Unbundled Access kao jaka konkurencija fiksnim bežičnim pristupnim mrežama ...........- 10 -

1.13.

Prigovori na korišćenje radio prenosa ................................................................................- 11 -

1.14.

Komercijalne beneficije bežičnih lokalnih petlji u javnim mrežama .................................- 12 -

2. Tačka-tačka (Point-to-point PTP) i tačka-više tačaka (Point-to-multipoint PTM) bežični sistemi i antene .....................................................................................................................................................- 13 2.1.

Karakteristike bežičnih sistema..............................................................................................- 14 -

2.2.

Tačka-tačka radio sistemi.......................................................................................................- 14 -

2.3.

Any-to-any radio sistemi ........................................................................................................- 15 -

2.4.

Tačka-više tačaka radio sistemi..............................................................................................- 16 -

2.5.

Direktivnost, pojačanje i dijagram zračenja antene................................................................- 16 -

2.6.

Antene sa velikim pojačanjem u tačka-tačka sistemima ........................................................- 17 -

2.7.

Dijagram tačka-tačka antena i njihovo pojačanje...................................................................- 19 -

2.8.

Antene u baznim stanicama kod tačka-više tačaka sistema ...................................................- 20 -

2.9.

Drugi tipovi antena.................................................................................................................- 21 -1-

Bežične mreže za pristup 3.

Bežična lokalna petlja (Wireless Local Loop WLL)......................................................................- 24 3.1. Korišćenje i karakteristike sistema bežičnih lokalnih petlji ........................................................- 25 3.2. Pristupni mrežni interfejs ............................................................................................................- 25 3.3. ETSI V5-interfejs ........................................................................................................................- 27 3.4. Komercijalno dostupana telefonija i Basic Rate ISD sistemi bežičnih lokalnih petlji ................- 29 3.5. DECT (evropski sistem digitalne telefonije)...............................................................................- 29 3.6. Mobilna telefonska mreža kao sredstvo fiksnog bežičnog pristupa ............................................- 34 3.7. Iridium, Globalstar i evolucija univerzalnog mobilnog telefonskog servisa (UMTS) ................- 38 -

4.

Širokopojasni bežični pristup .........................................................................................................- 39 4.1.

Različita mišljenja za dodelu spektra .......................................................................................- 40 -

4.2. Viši radio frekvencijski opseg većeg kapaciteta .........................................................................- 40 4.3 MMDS (višekanalni distributivni sistem) ....................................................................................- 42 4.4. LMDS (Local Distribution Service - lokalni distributivni servis)...............................................- 43 4.5. LMCS (Local Multipoint Communications Szstem - lokalni komunikacioni sistem) ................- 44 4.6. DAVIC (Digital Audio-Visal Council) protokol.......................................................................- 44 4.7. MVDS (Multipoint Video Distribution System - sistem za video distribuciju više tačaka) .......- 45 4.8. Point-to-multipoint (tačka-više tačaka) .......................................................................................- 46 4.9. Širokopojasni tačka - više tačaka sistem .....................................................................................- 46 4.10. BRAN (Broadband Radio Access Netuorks) ............................................................................- 51 4.11. Budućnost - veće iskorišćavanje kapaciteta ograničenog spektra .............................................- 51 -

-2-

Bežične mreže za pristup

1. Osnovi fiksnih bežičnih mreža (Wireless)

Radio ima važnu ulogu u izgradnji javnih telekomunikaciskih servisa i telekomunikacione industrije današnjice. On predstavlja stvarnu vezu komuniciranja između uređaja, kako fiksnog tako i mobilnog, i predajne stanice koja emituje signa, čak i tamo gde je teren izuzetno nepristupačan ili postavljanje kablova nije ekonomično. Takođe, koristi se za emitovanje istih informacija velikom broju korisnika. Prva faza korišćenja radia u javnim telekomunikacionim mrežava odnosila se na mobilnu telefoniju, a danas se uveliko isto tako koristi i za fiksne bežične mreže. U ovom poglavlju ćemo obrazložiti kada i kako su fiksne wireless mreža postale tako popularne, kao i upoznavanje sa osnovnim aplikacijama, alternativnim tehnologijama i ekonomski aspekt ovih mreža.

-3-

Bežične mreže za pristup

1.1.

Radio

Koristeći veoma jak električni signal izvora predaje, elektromagnetski talas se može prenositi daleko i široko kroz vazduh. Ovo je osnovni princip rada radia koji je otkrio Heinrick Hertz 1887.godine. Radio talasi se šalju od predajnika i sastoje se od izvornog talasa koji je na neki način spojen sa antenom. Evo i primera ovakvog radio sistema koji se koristi u javnim telekomunikacijama i mrežama za emitovanje:

      

Nisko-frekventni radio sistemi i antene - koriste se u emitovanju javnih aplikacija dugih talasa LW (longwave), srednjih MW (medium wave) i kratkih talasa SW (short wave). Visok-frekventni HF (High Frequency), Veoma visoko-frekventni VHF (Very HF) i Ultra HF radio sistemi i antene – koriste se za moderne javne sisteme emitovanja signala kao što su lokalne radio stanice i televizijsko emitovanje. Radio sistemi emitovani u troposferi korišćeni u ranoj fazi telekomunikacija „preko horizonta“ kao na primer korišćeni u komunikaciji brod-obala. Mikrotalasni linkovi, sastavljeni za point-to-point (PTP) konekciju između završnih tačaka, koristeći visoko direkcione „tanjir“ antene. Satelitski radio sistemi, sastavljeni za point-to-point, point-to-multipoint kao i za emisione aplikacije za velike daljine i veoma velika geografska prostranstva. Celularni radio sistemi koji se koriste za mobilnu telefoniju. Fiksne bežične pristupne mreže.

Fiksne bežične pristupne mreže, sastavljene su za takozvane konekcije „poslednje milje“ sa strane korisnika ili od drugih upravljačkih lokalnih do javnih telekomunikacionih mreža. Za razliku od mobilne telekomunikacione mreže, najčešće fiksne bežične pristupne pretplatničke mreže nemaju polje u kome se mogu pomerati u toku njihovog rada, otuda i njihov naziv fiksne. Fiksni bežični pristup je alternativa za žičane lokalne petlje i naziva se bežična lokalna petlja WLL (Wireless Local Loop). U praksi, fiksne bežične pristupne mreže se ne postavljaju kao alternativa žičanim sistemima i one nisu često nisu dovoljno dobra alternativa. Pretplatnička radio stanica tj. terminalna stanica se postavlja privremeno na nekoj fiksnoj lokaciji i njom se upravlja iz centralne stanice.

1.2.

Korišćenje i prednost radia za fiksne pristupne mreže

U današnje vreme, može izgledati da je korišćenje radia u svrhe bežičnih mreža jedan korak unazad u oblasti telekomunikacija, ali to nije tako, jer postoji puno razloga zbog čega je ovo mnogo povoljnija tehnologija nego korišćenje danas veoma popularnog vlakna koje se može koristiti za sve tipove prenosa. Glavne prednosti radia za fiksne pristupne mreže su:      

Na brz način može se snabdeti bilo koja novapostavljena pristupna mreža ili se već postojećoj mreži može dopuniti kapacitet. Brzo i lako se mogu unaprediti pretplatničke linije za već postojeći servis. Mogućnost da se ponudi nova, veća brzina prenosa bita postojećeg pristupnog servisa. Laka realizacija i povoljna investicija za pokrivanje velikih oblasti pristupnih mreža. Brzo postavljanje priljučaka za nove korisnike. Brzo postavljanje servisa na nepristupačnim terenima ili na mestima gde je nemoguće postaviti žičanu infrastrukturu. -4-

Bežične mreže za pristup

 

Lako pregrupisanje hardvera pretplatničkog radia i obezbeđena sigurnost investicije Pruža mogućnost emitovanja više servisa istovremeno

1.3.

Povoljnosti instaliranja fiksnih bežičnih pristupnih mreža

Fiksne bežične pristupne mreže nisu naravno primenjive u svim slučajevima u praksi. Na primer, provajderima je mnogo manja investicija prilagođavanje već postojeće mreže nego postavljanje nove. Tako danas savetuju bivši monopol operateri da je bolje iskoristiti već postojeće bakarne linije. Međutim, televizijski operateri bi radije istražili potencijal koaksialne kablovske modemske tehnologije, a operateri novih gradskih instalacionih mreža radije instaliraju vlakna velikog kapaciteta. Mada, došlo je vreme kada takve mreže više ne zadovoljavajuće i zato sve češće operateri postavljaju pitanje : „ Koja je to tehnologija koja bi zadovoljila sve zahteve jedne tako velike mreže?“. Odgovor je najverovatnije, fiksne bežične pristupne mreže.

1.4.

Pokrivenost koju nudi bežična mreža

Pokrivenost velikog područija u radio pristupnim mrežama može biti ostvarena pomoću baznih stanica ili centrala i to uz pristojnu investiciju. Sledeća investicija mrežnih operatera u pretplatničkim radio jedinicama i instalacijama je je promenljiva, jer se ona može prilagoditi koraku porasta tržišta. Međutim, ovako nešto nije moguće kod podzemnih kablovskih mreža. Nove kablovske mreže zahtevaju višu početnu investiciju koja se tiče vodova, čvorišta i napojnih kablova kroz razne ulice koje vode do kompanija ili rezidencijalnih korisnika, i to sve u cilju relativno brzog priključivanja novih korisnika. Sve dok kablovi i vodovi mogu da izdrže postojeći kapacitet, nove korisničke linije se mogu priključiti relativno jeftino. Kada dođe do opterećenja takve mreže i kada su vodovi prepunjeni linijama mora se uložiti u povećanje kapaciteta. Zbog toga je napokon vreme da se ispitaju nove alternative.

1.5.

Radio kao način za prenos velikih brzina pristupnih mreža

Duge pristupne mreže nisu uvek dovoljno dobre za brze prenose koji se očekuju kod današnjih korisnika Intrneta. Mnoge bakarne kablovske mreže infrastrukture su prilagođene i postavljene za posleratne telefonske mreže. Kada su postavljan bile su optimizirane za tadašnje telefoske tehnologije i nisu prilagođene današnjo,j modernoj, i posve velikoj brzini prenosa informacija. Zbog toga, ako operateri žele svojim korisnicima da ponude servise kao što su brz Internet, različiti multimedialni servisi, kao i brz protok informacija moraju da razmisle o tehnologiji koja se bazira na radio pristupnim mrežama.

1.6.

Wireless tehologija infrastrukturu

otvorena

za

„plati-koliko-izgradiš“

mrežnu

Kada je jednom radio bazna stanica postavljena na nekom područiju, fiksni bežični link do individualnog korisnika se jednostavno može ostvariti postavljanjem nove terminalne stanice sa pretplatničke strane. Nije potrebno izgraditi nove centralne zgrade ili konsultovati neke druge službe npr. zbog kopanja puta i nije potrebno detaljno istraživanje mogućnosti slobodnih linija. Bazne stanice omogućavaju dovoljno dobar kapacitet snabdevanja, a i veoma su lake za postavljanje. Ako je korisnicima potreban novi servis ili je, pak, došlo do neke mane u prenosu njihovog servisa, relativno lako i brzo se može obezbediti popravka opreme i emitovanje servisa sa neke druge lokacije, za razliku od vodova i kablova koji bi zahtevali veliku investiciju i vreme. -5-

Bežične mreže za pristup

1.7.

Bežične mreže kao način podrške pristupnih linija

Radio je idealan medium podrške, prilagođen za fizički raznolike komunikacione linkove koje nude provajderi javnih telekomunikacionih servisa svojim korisnicima. Takođe, on može biti podrška žičanim mrežama, kao i mrežama istog tipa. On daje veliku fleksibilnost u odnosu na tipičnu žičanu infrastrukturu, čak i ako se radi o prsten topologiji. Prikaz na slici 1.1.

Slika 1.1. Podrška u lokalnim pristupnim mrežama

Slika 1.1. ilustruje korisničku stranu priključenu na skretnicu A moderne kablovske mreže koja koristi prsten topologiju. Kada je jedna strana prstena ometana ili presečena iz nekog razloga tada uvek postoji druga strana kao alternativa u komunikaciji. Problem je u tome što je retko duplo snabdevanje od strane skretnice, i isto tako, sve pristupne linije su pokrivene jednom skretnicom, a verovatni i jednom telefonskom centralom. Skretnica se tako ponaša kao hub, jer jednostavno nije praktično i ekonomično postavljanje više skretnica na jednom područiju. Za razliku od žičane infrastrukture, mnogo je lakše obezbediti podršku pomoću radio bežičnih sistema od korisnika do skretnih tačaka ( prikaz switch site B na slici 1.1.). Ovo može biti relativno dugačak pint-to-point link. Alternativa je preklapanje ćelija područija susednih pointto-multipoint baznih stanica (Prikaz na slici 1.2.) i tako se može postići snažna radio mreža. Preklapanjem ovih ćelija može se obezbediti totalna pokrivenost čak i kada je došlo do kvara uređaja i hardware-a, ili usled nedostatka napajanja. Vakva tehnologija je dosta zastupljena u fiksnim bežičnim pristupnim mrežama jer ne obezbeđuje samo podršku u slučaju nekog nedostatka, već i veliki spektar frekvencija i različitih kapaciteta.

Slika 1.2. Preklapanje baznih stanica

-6-

Bežične mreže za pristup

1.8.

Radio kao idealan mehanizam za veliki broj pristupnih portova ili multipleksiranje

Većina ekonomičnih karakteristike:  

javnih telekomunikacionih pristupnih mreža dele dve veoma važne

Što je polja pokrivenost jedne geografske oblasti potrebno je manje hub-ova ili skretnica. Optimiziranje broja priključnica i kapaciteta zahtevanog saobraćaja.

Pošto je već poznato da fiksni bežični pristup ima mogućnost da obezbedi veliku pokrivenost pomoću hub-a i relativno male utrošene energije, kao i da je izuzetno dobar za optimizaciju, treba obratiti pažnju i na još aspekata prikazanih na slici 1.3. Slika 1.3. ilustruje bakarnokablovski osnov žičanih mreža. Većina javnih telefonskih i telekomunikacionih mreža ima ovakvu infrastrukturu. Kod ovakvih pristupnih mreža svaki korisnik ima odvojeni kabal za svoje potrebe koji vodi do lokalne centrale, gde je svaki od tih kablova povezan na svoj port za razmenu. Tipično, samo mali procenat korisničkih linija se koristi u isto vreme ( slika 1.3. 2 korisnika od 10, što je znatno veći procenat nego li stvaran od 0.5% u toku najgušćeg saobraćaja). Dakle, procenat ne korišćenja linija iznosi mnogo više od datog primera gde je to 80%, 99.5%. Iz ovog primera se vidi da se linije vrlo slabo koriste. Međutim većina pravih pristupnih mreža koje se koriste je nešto kompleksnija od ilustracije prikazane na slici 1.3. Slika 1.4. pokazuje kako u stvarnosti izgleda komplikovana kablovska zvezda topologija sastavljena od sistema uličnih kutija (streetside boxes), koje su tačka gde se kablovi sreću da bi se spojili u čvorišta i napojne kablove velikog kapaciteta (npr. 100 parica, 200 parica ili optički kabal). Korišćenjem kaskadnih kablova i uličnih kutija, operateri su u mogućnosti da ujedine kablove malog kapaciteta u velike kablove. Prema tome, kablovi koji se koriste za potrebe korisnika su obično tzv. istureni kablovi, kako tipa jedan bakarna parica, tako i tipa dve parice ili 10 parica. Posle prvog spajanja na mestu ulične kutije, signal se prenosi napojnim kablovima običnood 20, 50 ili 100 parica. Sledeća faza spajanja ovih kablova rezultuje kablove velikog kapaciteta (600 parova). Kablovi od 600 parica su najveći mogući kablovi (prečnika 8 cm) koje mogu da nose vodovi.

Slika 1.3. Bazna bakarno-kablovska žičana mreža

Efikasnija pristupna mreža prikazana je na slici 1.5. Ovaj primer se direktno može uporediti sa primerom sa slike 1.3. Imamo, dakle 10 korisničkih linija od kojih su samo dve zauzete istovremeno. Jedina razlika je u tome što pristupna mreža sa slike 1.5 sadrži koncentraciju kablova. Zbog mogućnosti tzv. koncentracije samo su dve konekcije potrebne za realizovanje mreže, a isto tako i samo dva porta za razmenu. Koncetracija omogućava korisnicima da koriste -7-

Bežične mreže za pristup

bilo koju od slobodnih kanala mreže (jednostavnije rečeno ovo je switch ili bus funkcija same mreže). Za ovakvu strukturu mreže radio tehnologija je odličan izbor, jer je potrebno obezbediti taman onoliko kanala koliko se koristi istovremeno u mreži. Fiksna bežična pristupna mreža se može realizovati jednostavno kao što je prikazano na slici 1.5. što je daleko bolje, jeftinije i efikasnije od realizacije na slici 1.4. Radio bazne stanice sa strane lokalne centrale su direktno povezane do switch-a koji koristi koncetracioni kablovski interfejs, odgovarajuću signalizaciju i dva radio kanala povezana na aktivne telefonske linije. Treba reći, da se i žičane mreže mogu realizovati kao mreža sa slike 1.5. , ali je ovaj pristup manje isplatljiv. Danas je opštije, na primer, zameniti napojne kablove sa slike 1.4. optičkim vlaknima. Ovo je mnogo bolji slučaj prenosa nego li prenos sa samo 600 parica.

Slika1.4. Tipična bakarno-kablovska javna telekomunikaciona pristupna mreža

Slika 1.5. Pristupna mreža sa koncetracionom funkcijom

Sa samo jednim parom optičkih kablova (prečnika samo nekoliko milimetra) može se preneti brzina 155Mbit/s, tj. oko 2000 bakarnik provodnih telefonskih linija. Da bi se konvertovali električni signali iz bakarnih kablova u multiplex (multiple connections sharing single cable) optičke signale, postavljen je aktivni električni uređaj na uličnoj strani. Ova tehnologija naziva se Fibre to the Kerb (FTTK). U lokalnoj centrali uređaj se obično koristi da konvertuje optički signal u signal potreban switchu. U poređenju sa fiksnom bežičnom mrežom, fibre to the kerb mreža zahteva instalaciju kablova, vodova i uličnih kabineta i to zahteva dodatna ulaganja, što nije slučaj sa već pomenutom bežičnom mrežom. Ovo dokazuje da je fiksna bežična tehnologija najekonomičnija tehnologija. -8-

Bežične mreže za pristup

1.9.

Fiksni bežični pristup je mnogo pouzdaniji od mobilne telefonije

Jedan od načina za realizaciju fiksne bežične pristupe mreže je korišćenje tehnologije mobilne telefonije, tj. trajno instaliranje mobilnih telefona kao završnih tačaka. Ovo potseća na pristup koji se predlagao od strane licenciranih mobilnih operatera, koji bi iskoristili svoju licencu mobilne telefonije za fiksnu telefoniju. Međutim, korišćenje mobilne tehnologije za fiksne bežične mreže je vrlo siromašan servis, jer bi obezbedio samo servis vezan za fiksnu telefoniju i to veoma slabog kvaliteta (npr. loš prenos zbog radio fedinga, mogući prekidi veze usled konverzacije). Činjenica je da mnogi servisi povezani sa mobilnom tehnologijom je potrebno da prevazilaze mobilnu prirodu krajnjeg korisnika. Ovaj sistem mora da potraži odredište samog korisnika da bi mu obezbedio direktni dolazni poziv kao i da mora da održava konekciju predaje u toku razgovora. I to nije sve, pošto korisnička mobilna radio jednica ne zna gde se nalazi najbliža bazna stanica, mora da koristi omnidirekcione antene. Omnidirekcioni prenos ima svoje nedostatke kao što je interferencija tj. smetnje. U poređenju sa mobilnim telefonskim mrežnim sistemom fiksni bežični pristupni sistemi su sastavljeni:   

za povezivanje nepokretnih korisnika; da obezbede dobre performanse, više direkcionih korisničkih antena, koje omogućavaju veoma dobre mogućnosti i duži potencijalni domet; za rukovanje radio stanica sastavljeni za fikni bežični pristup;

1.10. Primena fiksnog bežičnog pristupa za javne telekomunikacione sisteme Ffiksne bežične pristupne mreže u javnim telekomunikacionim sistemima imaju najopštiju primenu za:     

seoske telefonske pristupne mreže; ISDN-a (Integrated Services Digital Network) sa osnovnom brzinom ; brz Internet pristup; brze konekcije za biznis korisnike; multimedialne servise;

Kao što je već poznato postoji puno različitih tipova bežičnih pristupnih mreža, počevši od analognih bežičnih lokalnih petlja u telefonskim mrežama, preko digitalnih radio sistema za bazni ISDN, pa sve do veoma velikih širina propusnog opsega i veoma brzih širokopojasnih bežičnih pristupnih mreža i sistema. Generalno, može se reći da jednostavni sistemi rade na niskim radio frekvencijama (oko 2 GHz) i nude malu brzinu ali u relativno dugačak domet, dok širokopojasni sistemi rade na visokim frekvencijama (10Ghz pa sve do 42GHz), i nude velike brzine ali imaju određen domet.

1.11. Alternativne tehnologije za lokalne petlje Postoji bar pet različitih alternativnih tehnologaja koje se mogu uzeti u obzir kao konkurentne fiksnoj bežičnoj tehnologiji a one su:  

vlastite bakarne mrežne infrastrukture; „nesvezana“ bakarna infrastruktura, verovatno korišćena u sprezi sa brzom modernom tehnologijom xDSL; -9-

Bežične mreže za pristup

  

kablovski modemi korišćeni u sprezi sa lokalnom kablovskom TV mrežom (preko koaksijalnog kabla) pristupne mreže na bazi vlakna; satelitske pristupne mreže;

Za nove operatere bez postojećeg premućstva, investicija u nove bakarne mreže može zahtevati veliki kapital za ulaganje. Za nove operatorske zgrade nova infrastruktura vlakna je mnogo pogodnija za realizaciju, zbog svog velikog kapaciteta i manjih dimenzija cevovoda koje zahtevaju. Jedan par kablova koji sadrže mala optička vlakna zamenjuje kablove velikih prečnika od 600-pari bakarnih kablova. „Nesvezan“ pristup je najprihvatljiviji za nove operatere da bi dostigli kontrolu nad direktnim bakarnim kablovima do korisnikakoristeći lokalne petlje već postojćih operatera. Tamo gde je ovo izvodljivo i dobro sa ekonomskog stanovišta, bez sumnje novi operateri će ponuditi svoje lokalne servise, a gde nije izvodljivo, iz bilo kog razloga, moraju se suočiti sa tri različita problema: smanjivanje daljine prenosa telefonskog servisa, korišćenje drugačije tehnologije za lokalne petlje ili da sa ove tehnologije pređu na neku bolju koja će obezbediti veći i brži prenos kao na primer xDSL tehnologija. xDSL je skraćenica gde „x“ (HDSL high ili ADSL asymemetric) menja bilo koju od različitih tehnologija na istoj bazi Digital Subscriber Lines tehnologije koja je i pravo značenje poslednja tri slova u složenici. HDSL omogućava prenos za 2 Mbit/s i to dupleks tehnologije (kako downstream tako i upstream) podjednako. ADSL sa druge strane podržava mnogo veći kapacitet downstream-a (8 Mbit/s) nego li upstream-a (512 kbit/s). Koristi se za online i multimedialne servise interneta gde korisnik slabije koristi upstream. Problem koji poseduju ovi servisi tipa xDSL kada se koriste u sprezi sa već postojećim bakarnim linijama prenosa je mnogo veći dinamički domet nego li telefonski servis za koji su bakarne linije i postavljene. Mnogo veće frekvencije koje se koriste za prenos xDSL-a vode do problema smetnji i šumova. Takođe, kvalitet linija za prenos mora biti veoma dobar da bi uspele da podrže xDSL tehnologiju prenosa, i ne sme postojati pojačavač, niti bilo kakav filter na liniji za prenos. Kablovski modemi daju sličan potencijal od servisa kao što su xDSL servisi , ali za prenos javnih telekomunikacionih servisa kroz uzpostavljenu koaksijalnu kablovsku TV mrežu. Naravno, ovaj tip komunikacija dolazi u obzir jedino ako već postoje koaksijalne kablovske TV mreže. Čak i kablovski TV operateri neće instalirati nove koaksijalne kablove, jer se tehnologija koja se više koristi danas odnosi na vlakna. Međutim, kao što je već rečeno vlakna imaju svoje mane jer zahtevaju velike i nove investicije u postavljanju vodova i kopanju za njihovu instalaciju. Satelitske pristupne mreže su veoma isplatljive, kako zbog svojih performansi, tako i zbog njihove ekonomičnosti kada se koriste kao širokopojasne mreže. Međutim, javnetelekomunikacione mreže su u većini slučaja bazirane kao point-to-point mreže, a satelitska tehnologija je u tom slučaju veoma skupa.

1.12. Unbundled Access kao jaka konkurencija fiksnim bežičnim pristupnim mrežama Unbundled pristup je termin koji se odnosi na prenosnlinije koje su sastavljene od jednog većeg nosioca, a ne više nosioca sastavljenih „u redu“ kao što je slučaj kod običnih bakarnih linija. U mnogim zemljama širom Evrope i Amerike, kao i još nekim razvijenim zemljama, javila se potreba za ovakvim mrežama. Za neke je to bio idealan način za izbegavanje wireless pristupa. Međutim postoje razlozi zbog kojih će wireless ipak ostati kao solucija. - 10 -

Bežične mreže za pristup

Unbundled pristup nastoji da omogući fer soluciju između bivših monopol operatera i novih operatera. Stari monopolisti su primorani da dozvole konkurentnim operaterima da koriste deo njihovih servisa, tako što će novi operateri moći da iznajme samo kablove u fizičkom smislu. Za uzvrat biši monopolisti operateri će moći da koriste nove kanale i kablove koje bi novi operateri postavili. Na slici 1.6. pokazan je osnovni princip rada ovih sistema.

Slika 1.6. Unbundled pristup

„Fer“ solucija još uvek nije dovoljno pogodna za obe vrste operatera, jer postoji još mnoštvo različitih nesuglasica oko tehnologija koje se trebaju koristiti (da ne bih došlo do međusobne smetnje),za šta i kako se te tehnologije mogu koristiti, na kojim područijima, kao i različitih nesuglasica oko ekonomskih aspekata. Dok se ove nesuglasice ne budu rešene, fiksni bežični pristup nastavlja da jača i dobija nezavisnost kod nekih od novih operatera.

1.13. Prigovori na korišćenje radio prenosa Postoje dva osnovna prigovora na korišćenje fiksnih bežičnih radio sistema:  

zabrinutost zbog efekata usled radio prenosa (electro-smog); zabrinutost oko sigurnosti prenosa i mogućnosti presluškivanja poruka od strane „treće osobe“

Fiksni bežični sistemi ponekad koriste veoma direkcione antene (npr. paraboloidne antene) što izgleda ima preteći efekat na stanovništvo. Ljudi se nose mišlju da su izloženi direktnim zračenjima od strane takvih uređaja. Istina je da cela radi snaga signala takvog sistema je oko 100mW. Ova vrednost je čak jedna dvanaestina snage koju koriste mobilni telefoni, i mnogo stotina puta manje od snage koju koriste bazne stanice mobilnih telefona, a još gore koliko stotina puta manje od signala koji daju širokopojasne TV mreže. Dakle, snaga zračenja signala koju koriste fiksne bežične pristupne mreže ni po bilo kom standardu nije opasna po zdravlje ljudi, a pošto nikad ne dolazi u direktan kontakt sa ljudskim telom (za razliku od mobilnih telefona) još manje. Priče koja se odnosi na presluškivanje ovakvih sistema je besmislena. Ovako nešto je bilo moguće kod starih analognih sistema, ali pošto je fiksni bežični pristup digitalan i zahteva veoma komplikovane modulacije koje su imune na presluškivanje, kao i DES sisteme (Defence Encryption System), nije više. - 11 -

Bežične mreže za pristup

1.14. Komercijalne beneficije bežičnih lokalnih petlji u javnim mrežama Dakle, postoji više beneficija zbog čega su sistemi bežične lokalnih petlji u sprezi sa pristupnim mrežama povoljni. Ovo su neke od njih:      

brzo širenje tržišta za sve potencijalne servise; „sopstvena“ infrastruktura, pa na taj način WLL (Wireless Local Loop) osigurava veću korisničku lojalnost; moderni WLL sistemi omogućavaju punu pokrivenost modernog ISDN-a i širokopojasnih servisa ; lako i brzo „ubacivanje“ novih korisnika u mrežu; sa ekonomskog stanovišta mnogo isplativije rešenje (brži obrt kapitala); lakše i jeftinije planiranje infrastrukture.

- 12 -

Bežične mreže za pristup

2. Tačka-tačka (Point-to-point PTP) i tačka-više tačaka (Point-to-multipoint PTM) bežični sistemi i antene

Kao što je već poznato, kod fiksnih bežičnih pristupnih sistema i bežičnih lokalnih petlji najzastupljeniji sistemi su tačka-tačka i tačka-više tačaka. Zbog toga je bitno objasniti njihove karakteristike, osobine, kako se koriste i kakve antene mogu biti korišćene kod ovakvih sistema.

- 13 -

Bežične mreže za pristup

2.1.

Karakteristike bežičnih sistema

Bežični sistemi se karakterišu isključivo aplikacijama za koje su i sastavljeni, različitih tehnika u modulacionim tehnologijama koje se koriste za kodovanje radio signala i prirodi antena. Međutim, ove tehničke razlike radio hardvera se odnose samo na varijacije u zavisnosti od servisa i ostalih uticaja. Tamo gde je potrebno uspostaviti komunikaciju između dve fiksne završne tačke čestih ili stalnih baza, ima smisla razmatrati postavljenje stalnih tačka-tačka radio linkova. Sa druge strane, komunikacija između dve tačke možda nije tako učestala pa na takvim mestima ima više logike postavljanje ovakvih sistema nego li privremenih pool (any-to-any communication) sistema. Osim simetričnih formi komunikacija, većinom tačka-tačka orjentisanih, postoje i asimetrične forme komunikacija. Najjednostavniji asimetrični sistemi su simplex i half-duplex komunikacioni sistemi. Simplex komunikacioni sistemi su najefikasniji tamo gde je samo jedan smer komuniciranja potreban (npr. od kamere ka kontrolnoj sobi). Čak, i mnoge dvosmerne komunikacije su daleko od simetričnih sistema jer je često potrebno mnogo više informacija za prenos u jednom, nego li u drugom smeru. Internet korisnici pretraživanjem WWW-a (World Wide Web-a) češće download-uju informacije na svoj računar nego li postavljaju na mrežu. Bežični sistemi koji imaju asimetričnu prirodu komunikacija se mogu efikasnije projektovati u odnosu na iste sa simetričnom prirodom ako se posmatra radio spektar. Široko gledano ovi sistemi se mogu podeliti na 3 grupe:   

Tačka-tačka (point-to-point) PTP sisteme koji omogućavaju komunikaciju između dve završne tačke Any-to-any sisteme koji omogućavaju komunikaciju između puno završnih tačaka međusobom. Tačka-više tačaka (point-to-multipoint) PTM sisteme koji omogućavaju komunikaciju između jedne tačke i više završnih tačaka, tako što više korisnika koristi istu baznu stanicu.

2.2.

Tačka-tačka radio sistemi

Tačka-tačka radio sistemi se uopšteno koriste u javnim telekomunikacionim mrežama kao međumesne mreže i ostale komunikacije linijskog tipa. Ovi sistemi omogućavaju linkove nalik bežičnim međumesnim mrežama, spajajući dve završne tačke u komunikaciji. Kao i širokopojasni radio sistemi sastavljeni su za prenos kroz linije, pa se zato koriste za optimizaciju samih linkova. Tačka-tačka linkovi su obično opremljeni sa dve veoma usmerene antene. Dobro usmerene antene su one koje najveći deo svoje radio energije usmeravaju ka željenom pravcu. Tipični tačka-tačka bežični radio sistem pokazan je na slici 2.1.

Slika 2.1. Tipičan tačka-tačka sistem

- 14 -

Bežične mreže za pristup

Sistem se sastoji od dva radio signala i dve antene na predajnoj i prijemnoj strani terminala. Antene su projektovane da osiguraju svaki dolazni signal sa predajnika. Kod idealnog sistema ceo odlazni radio signal se generiše na prijemu. Ukoliko je ovo moguće nije potrebna velika snaga predajne antene da bi signal bio dovoljno kvalitetan uz postojanje šuma. Međutim, u realnom slučaju tako nešto nije moguće pa zato dolazi do konflikta dva interesa: 



Koristan signal se usled postojanja atmosfere oslabljuje na putu od predajne do prijemne antene. Vremenski uslovi kao što su atmosferske padavine dovodi do pojave fedinga. Zbog toga se mora emitovati znatno jači signal da bi dovoljno dobar koristan signal primio na strani prijemnika i kako bi se pokrile margine fedinga. Ako se pošalje jak signal postoji verovatnoća prebacivanja preko željene prijemne antene. Jak signal može putovati dalje nego tamo gde je potrebno da stigne i time narušiti blisku zonu prijemne antene.

Radio frekvencijski band koji se koristi kod tačka-tačka sistema ne može lako proći kroz prepreke koje se nameću tokom emitovanja signala tako da se mora bezbediti linija vidljivosti antena. Linija vidljivosti se obično obezbeđuje prilikom instalacija antena, međutim, ovako nešto je veoma teško obezbediti. Obezbeđivanje linije vidljivosti između predajne i prijemne antene povećava cenu samog sistema. Tačno je da se ona može (mora) postići skoro kod bilo kog tačkatačka sistema, ali je pitanje koliko visoke moraju biti obe antene.

2.3.

Any-to-any radio sistemi

Većina any-to-any sistema su sastavljeni da omoguće privremene tačka-tačka komunikacije između bilo koje dve završne tačke iz ukupnog broja uređaja. Slika 2.2. ilustruje tkz. HIPERLAN bežičnu mrežu sastavljenu za komuniciranje PC računara jednog biznis korisnika. U ovom slučaju radio spektar signala se koristi kao deljivi medium. Bilo koji od računara je u mogućnosti da komunicira sa drugim preko tačka-tačka sistema.

Slika 2.2. Any-to-any komunikacioni sistem

Any-to-any bežični sistemi su efikasni u obezbeđivanju konekcije između relativno velikog broja povezanih korisnika. Činjenica da svaki mogući par korisnika ima vrlo malo informacije kojom komunicira, ovakav sistem trajno postavljenih tačka-tačka sistema može biti vrlo neekonomičan, kako sa aspekta radio spektra, tako sa aspekta finansija. Dozvoljavanjem velikog broja korisnika da koriste isti radio spektar, dobija se mnogo efikasniji i ekonomičniji sistem. Međutim, ovako efikasan sistem za radio spektar ima i svoju cenu. Problem svakog any-to-any sistema je direktivost radio talasa koja je nepoznata. U poređenju sa tačka-tačka antenama, omnidirekcione - 15 -

Bežične mreže za pristup

antene imaju mnogu slabiju moć direktivnosti. Takođe, problem nastaje u obezbeđivanju samog sistema kao i velikoj interferenciji.

2.4.

Tačka-više tačaka radio sistemi

Tačka-više tačaka radio sistemi se sastoje od baznih stanica i velikog broja daljinskih stanica pokazanih na slici 2.3. U ovakvim sistemima radio prenos nije simetričan kao kod tačka-tačka radio sistema. Kod tačka-više tačka sistema, mora se posmatrati downlink i uplink nezavisno. U downstream smeru isti signal je prenesen do svakog pretplatnika u ćeliji ili sektorskoj oblasti. Da bi se ovako nešto postiglo potrebno je koristiti antene sa velikim uglom emitovanja. Na slici 2.3. koristi se jedna omnidirekciona antena radi prenosa downstream signala do svake tačke. Rezultat je ćelijska oblast.

Slika 2.3. Tačka-više tačaka radio sistem

Alternativno , sektorska antena se može malo više usmeriti u odnosu na svoje karakteristike. Radio modulacija u downstream-u i višepristupna šema tačka-više tačaka sistema se mora projektovati tako da daje čisti i tačan signal svakom pretplatniku bez smetnji od ostalih baznih stanica i drugih pretplatnika. U upstream smeru, postojeći radio spektar se deli između svih aktivnih terminala. Ovo obavlja višepristupna šema.

2.5.

Direktivnost, pojačanje i dijagram zračenja antene

Pojačanje antene je mera sposobnosti „fokusiranja“ antene. Predstavlja odnos snage signala antene duž glavnog pravca prostiranja i snage koja bi se mogla prenesti istom putanjom ako bi bilo koju antenu zamenili fiktivnom izotropnom antenom koja nije usmerena nego zrači u svim pravcima podjednako. Pojačanje nema jedinicu ali se njegov nivo daje u dB (decibelima). Efekat usmeravanja antene i njeno pojačanje se obično daju dijagramom zračenja antene. Na slici 2.4. dat je dijagram zračenja obe antene, i fiktivne izotropne i tipične antene koja se koristi u tačkatačka sistemima.

- 16 -

Bežične mreže za pristup

Slika 2.4. Dijagram zračenja za izotropnu i tipičnu antenu za tačka-tačka sisteme

Sivi krug na slici 2.4. ilustruje dijagram zračenja izotropne fiktivne antene. Centralna tačka je zamišljena tačka u kojoj je antena locirana. Razdaljina između imaginarne tačke i krive koja zaklapa krug u datom pravcu, predstavlja relativnu snagu radio signala koji se predaje od antene. Pošto ova antena podjednako zrači u svim pravcima, razdaljina od centra u svim pravcima obrazuje kružnicu. Za razliku od izotropne antene, tipične tačka-tačka antene su napravljene tako da pojačaju signal u jednom datom pravcu. Usmeravanje antena ima dve prednosti. Prva je da se snaga signala na prijemu povećava i time se ostvaruje bolji prijem. Druga je da se signal može manje preslušavati i ima manje interferencije od strane drugih korisnika. Drugi dijagram zračenja antene na slici 2.4. je dijagram direkcione antene tačka-tačka sistema. Antena je postavljena da pokriva položaj od 50̊ u odnosu elevacionu ravan. Kao i u slučaju dijagrama kod izotropne antene, razdaljina od centralne tačke do linije dijagrama predstavlja relativnu snagu signala u datom pravcu. Razlika je u tome što je snaga signala glavnog pravca zračenja mnogo veća u odnosu na isti kod izotropne antene. Postoje i tzv. nulte tačke dijagrama zračenja antene gde nema transmisije signala ali i tačke gde je zračenje najjače. Usmerenje antene je napravljeno u cilju povećanja pojačanja antene i smanjivanja neželjenih refleksija. Kao na slici 2.4. dijagram zračenja antene daje se u decibelskoj skali, da bi se pokazala razlika u odnosu na izotropnu antenu. Jedinica je zato u dBi. dBi se može izačunati po sledećoj formuli:

snaga izračenog signala u W / m 2 date antene Pojačanje u dBi  10 log10 snaga izračenog signala u W / m 2 izotropne antene 2.6.

Antene sa velikim pojačanjem u tačka-tačka sistemima

Antene koje se najčešće koriste kod tačka-tačka sistema su paraboloidne reflektor antene na nešto nižim frekvencijama kao i Yagi antene. Paraboloidne antene kao što je antena sa slike 2.5. su najčešće korišćene antene u mikrotalasnim radi tačka-tačka sistemima na frekvenciji od 7GHz za zemaljske komunikacije i 4GHz i 6GHz za satelitske radi komunikacije. Ovakve antene rade na principu ogledala kao što je pokazano na slici 2.6.

- 17 -

Bežične mreže za pristup

Slika 2.5. Paraboloidna reflektor antena

Slika 2.6. Osnovna konstrukcija tačka-tačka terminala

Na slici 2.6. ilustrovana je osnovna konstrukcija tačka-tačka terminala. Slika pokazuje slanje i primanje radio signala paraboloidne antene, kao i interakciju sa vodom. Radio signal se generiše u radio jedinici i prenosi se pomoću voda do mesta fokusa paraboloidne reflektor antena, gde se dalje plasira u slobodan prostor. Antene paraboloidnog oblika se ponašaju kao reflektori. Pojačanje antene zavisi od tri osnovna faktora:   

Oblika i konstrukcije same antene tj. fizičkih svojstva antene; Veličine antene; Frekvencije nosioca signala.

Yagi antene su takođe veoma korišćene antene sa veoma velikim pojačanjem u niskim frekvenciskim opsezima, a najčešće se koriste za prenos televiziskog signala. Prednost Yagi antena je njihova mala cena i jednostavna konstrukcija. Uopšteno, što je antena fizički veća to je pojačanje antene bolje. U slučaju paraboloidnih reflektor antena oblast gde antena zrači, koja je ortogonalna u odnosu na pol antene, je veoma bitan i kritičan faktor. Pošto je većina paraboloidnih antena sfernog oblika, njihova oblast zračenja je proporcionalna kvadratu poluprečnika same polusfere. Na primer antena koja ima poluprečnika od 60 cm ima četiri puta bolju oblast zračenja nego antena sa poluprečnikom od 30 cm, a u decibelima čak 6 dB jača. To znači da ako se dva puta poveća poluprečnik ili frekvencija antena daje pojačanje od 6 dB. Frekvencija nosioca je takođe veoma bitan faktor efektivnosti antena. Što je veća talasna dužina radio nosioca signala, potrebna je antena većih dimenzija da bi primila signal. Takođe, niže frekvencije zahtevaju veće antene. Tipična paraboloidna reflektor antena sa poluprečnikom od 30 cm koja se koristi na frekvenciji od 26 GHz ima pojačanje od oko 35 dBi, dok antena koja sa istim dimenzijama koja se koristi na frekvenciji od 38 GHz ima pojačanje od oko 39 dBi. Ako bi povećali poluprečnik dva puta tj. na 60 cm iste antene bi imale pojačanje od oko 41 dBi i 45 dBi respektivno, a sa poluprečnikom od 120 cm 47 dBi i 51 dBi respektivno. Pojačanje antene se može izraziti sledećom formulom:

Pojačanje antene  66.7  D 2 f 2  18.2  20 log10 ( D)  20 log10 ( f )    dBi gde je D poluprečnik antene dat u metrima, a f frekvencija data u GHz.

- 18 -

Bežične mreže za pristup

2.7.

Dijagram tačka-tačka antena i njihovo pojačanje

Na slici 2.7. prikazan je dijagram tipične tačka-tačka antene. Može se primetiti da antena ima veoma veliko pojačanje duž svog pola i veoma uski otvor. Ovo je kriva data za usku tačku na 0̊ od pola antene. Otvor je širina prenesenog radio snopa u stepenima (slika 2.8.). Otvor odgovara zamišljenoj rupi u zamišljenoj sferi koja okružuje antenu. Kroz taj otvor možemo zamisliti da se cela snaga izrači. U stvarnosti to nije baš tako jer se cela snaga ne može izračiti u istom pravcu, tako da nam je potrebo pravilo za definisanje oblasti otvora. Pravilo je da se otvor definiše da uključi sve uglove zračenja antene gde je signal veći od 3 dB u odnosu na maksimalnu vrednost. Ova veličina se naziva trodecibelska širina zračenja antene.

Slika 2.7. Dijagram paraboloidne tačka-tačka antene

Tipična vrednost pojačanja tačka-tačka antena nalazi se između 28 dBi i 50 dBi, a širina propusnog opsega je veoma mala (od 0.5̊ do 7̊ kako horizontalno tako vertikalno). Kao što je već rečeno, pojačanje antene je mera sposobnosti antene usled transmisije da fokusira (grubo rečeno) odlazni signal od predajnika duž jednog pravca zračenja. Činjenica da antena može da radi sa podjednako velikim pojačanjem bez obzira dali predaje ili prima signal, na prvi pogled ne izgleda očigledno. Da bi jedan link imao najbolje performanse poželjno je da oba kraja u

Slika 2.8. Otvor antene

- 19 -

Bežične mreže za pristup

komunikaciji sadrže antene sa velikim pojačanjem da bi se duž linka povećala snaga signala i poboljšali različiti efekti tokom prenosa. Veoma direkcione antene se takođe, često, koriste u daljinskim stanicama u tačka-više tačaka sistemima. U daljinskim stanicama jedini željeni signal je signal koji dolazi od centralne ili bazne stanice. Ako je daljinska stanica fiksirana (kao u slučaju fiksng bežičnog radio sistema), onda će signal od bazne stanice dolaziti uvek iz istog, fiksiranog pravca. Osim toga, željeni signal od daljinske stanice do bazne stanice će takođe uvek biti u jednom smeru. Sve ovo govori o tome koliko je korišćenje direkcionih antena neophodno.

2.8.

Antene u baznim stanicama kod tačka-više tačaka sistema

U baznim stanicama kod tačka-više tačaka sistema koriste se antene sa manjim pojačanjem. Manje pojačanje antene odražava se potrebom antene da predaje i prima signal od velikog broja daljinskih stanica kroz sektor antene. Najjednostavniji tip ovakvih antena je omnidirekciona ili izotropna antena. U praksi najjednostavnija realizacija omnidirekcione antene je dipol antena. Ona se obično sastoji od jedne žice, metalnog postolja ili jarbola. Dužina dipola je uparena sa frekvencijom radio nosioca. Na slici 2.9. prikazana je dipol antena u baznim stanicama u obe ravni kako u azimutalnoj, tako i elevacionoj ravni.

Slika 2.9. Omnidirekciona dipol antena u baznim stanicama i dijagram antene

Veoma je bitno napomenuti da iz dijagrama elevacione ravni dipol antene, prikazanog na slici 2.9., možemo videti da ova antena nije striktno omnidirekciona antena, nego da je jedino slab radiator vertikalno naniže i vertikalno naviše. Mnogi korisnici mobilne telefonije se često pitaju kako je moguće da je signal nekad tako slab bez obzira na to što stoje direktno ispod bazne stanice. Ipak, pravilo je takvo da je dipol antena omnidirekciona antena jer radio mrežne dizajnere generalno najviše zanima prenos kroz horizontalnu ravan zemljine površine nego li prosipanje signala u prostor. Na slici 2.10. prikazan je tipičan uzorak zračenja (Radiation Pattern Envelope RPE) sektorske antene kao alternativnog tipa antene u baznim stanicama. Dizajneri prave sektorske antene bi imali malo drugačiji dijagram u odnosu na dijagram sa slike 2.10. jer bi prava bila kriva linija. Sektorska antena čiji je dijagram pokazan na slici nema nameru da prikaže samo jedan pravac zračenja antene, nego celokupno zračenje sektora od 90̊. Sektorske antene se mogu - 20 -

Bežične mreže za pristup

konstruktovati na više načina: kao reflektor sa snopom zračenja, kao male antene tipa Yagi antene ili kao horne antene.

Slika 2.10. Tipični uzorak zračenja sektorske antene

2.9.

Drugi tipovi antena

Kao što je već rečeno do sad postoji više tipova antena koje se mogu koristiti u fiksnim radio sistemima, kao što su paraboloidne antene, male patch antene i dipol antene. Međutim, postoje još neke vrste antena koje još uvek nisu spomenute, a ipak se koriste u fiksnim bežičnim sistemima. Horna antena Kao što i njihovo ime kaže, horne antene su fizički oblika horne ili levka. Kod nekih tipova hornih antena kao što je prikazano na slici 2.11. oblik je veoma precizno napravljen da bi se ona ponašala kao reflektor antena.

Slika 2.11. Horna antena sa velikim pojačanjem koja se koristi u dugim tačka-tačka linkovima

- 21 -

Bežične mreže za pristup

Slika 2.12. Fotografija tri horne antene dugačkog mikrotalasnog tačka-tačka linka

Ovakav tip antena se ponekad koriste kao alternativa paraboloidnim antenama na relativno niskoj frekvenciji ispod 7GHz u tačka-tačka sistemima (slika 2.12.). Princip rada ovakvih antena je veoma sličan principu rada paraboloidnih antena. Horne antene su obično sastavljene tako da bi se zaštitile od kiše i drugih nepovoljnih uslova. To se može jednostavno postići projektovanjem antene tako da gornji deo antene bude proširen ispod donje „usne“ . Ponekad je i sam materijal od koga je antena izgrađena takav da ne dozvoljava smetnje usled vremenskih nepogoda. Horne antene pokazane na slikama 2.11. i 2.12. nemaju široku primenu u radio pristupnim mrežama, međutim, malo drugačije horne antene se koriste. To su optički prepravljene horne antene. Kod ovakvih antena, sočivo je relativno jednostavno i lako za proizvodnju (prikaz ovakve antene slika 2.13.)

Slika 2.13. Optički prepravljena horna antena

Sočivo je obično smešteno na prednjem kraju levka da bi prepravilo radio snop koji se plasira iz antene. Sočivo je sastavljeno od dielektričnog materijala koji fokusira ili rasejava radio talase u istom pravcu kao što stakleno sočivo rasejava ili fokusira svetlostne zrake. - 22 -

Bežične mreže za pristup

Planarna antena Zbog javne osetljivosti na montiranje velikih i neuglednih antena na spoljašnjim fasadama zgrada, proizvođači su se potrudili da naprave manje fizički i lepšeg izgleda antene. Rezultat toga je pojavljivanje planarnih ili flat plate antena. Ideja je u tome da komšiluk i prolaznici, prolazeći pored antene ne mogu ni da je primete.

Slika 2.14. Konstrukcija planarne antene

Na slici 2.14. prikazana je jedna planarna antena i cela njena konstrukcija. Iako planarne antene imaju veoma ugodan izgled, one nemaju baš najbolje tehničke performanse i nisu uvek zadovoljavajuće. Kao što je pokazano na slici unutrašnja konstrukcija planarne antene kompresuje niz malih antena nalik dipol antenama. Svaka od tih malih antena ima individualne omnidirekcione karakteristike. Međutim, spajanjem primajućih signala svih mini antena iz niza možemo ojačati signal na prijemu iz određenih pravaca. U međuvremenu, signali primljeni iz različitih pravaca se međusobno potiru. Fizički prostor i mesto postavljana niza ovih mini antena se mora dobro izabrati jer je od velike važnosti pojačanje signala i oslabljivanje neželjenih signala iz drugih pravaca.

- 23 -

Bežične mreže za pristup

3. Bežična lokalna petlja (Wireless Local Loop WLL)

Pojam bežična lokalna petlja (WLL), za razliku od širokopojasnog bežičnog pristupa, je sinonim za radio pristupne mreže dizajnirane za uskopojasne (tj. manje brzine bitova ili uski propusni opseg) aplikacije, posebno kao sredstvo javne komutirane telefonske mreže (POTS) ili ISDN osnovne brzine prenosa (Integrated Services Digital Network-digitalna mreža integrisanih usluga). U ovom poglavlju ćemo predstaviti glavne karakteristike WLL sistema, kao i pregled nekih od komercijalno dostupnih proizvoda. Takođe, ćemo koristiti pregled arhitektonske strukture tipičnog standardizovanog sistema (koristeći kao primer DECT), i razgovarati o korišćenju mobilnih telefonskih mrežnih tehnologija za pružanje fiksnog bežičnog pristupa.

- 24 -

Bežične mreže za pristup

3.1. Korišćenje i karakteristike sistema bežičnih lokalnih petlji Sistemi bežičnih lokalnih petlji (WLL) mogu da se koristiti za jedan od dva razloga:  

od strane dominantnih javnih telefonskih mrežnih operatera u regijama sa slabom kablovskom infrastrukturom, pružajući osnovnu telefonsku uslugu; od strane novih konkurentnih operatera koji žele da izgrade sopstvenu infrastrukturu pristupne mreže.

WLL sistemi za male brzine telefonskih aplikacija obično su dizajnirani da rade u domenu radija 1 - 3 GHz. Konkretno, postoji niz tačka-više tačaka sistema koji rade na opsezima 2.1 GHz, 2.2 GHz i 3.5 GHz (3.4 – 4.2 GHz). Neka primena, je takođe izrađena u radio telefonskoj tehnologiji (uključujući DECT tehnologiju i evropski sistem digitalne telefonije) za pružanje „ograničene mobilnosti“ oblika lokalne telefonske mreže za pristup. Osim toga, postoji i niz drugih tačkatačka vrsta sistema u nelicenciranom propusnom opsegu koji koriste neki operateri. Tačka-više tačaka sistemi mogu se svrstati u jedan od dve široke vrste:  

Sisteme koji uključuju koncentracionu funkciju, koji povezuju više udaljenih telefona putem radio veze i bazne stanice na jedno V5.2 stablo (Slika 3.1) ; Sisteme bez koncentracione funkcije .

Prednost korišćenja koncentričnog interfejsa kao što je to V5.2 port je potreba za povezivanjem bazne stanice na daljinski prekidač. To može sačuvati značajan iznos troškova. Taj interfejs je određen od ETSI (Evropskog instituta za telekomunikacione norme) kao pristupni mrežni interfejs,a ekvivalent mu je severnoamerički interfejs TR-303.

3.2. Pristupni mrežni interfejs Nastajanja novih tehnologija (uključujući vlakna, kao i radio) u pristupnim mrežama između pretplatničkih zahteva i strane operatera donele su nove probleme i mogućnosti. Problemi proizlaze iz potrebe da se uloži napor kako za standardizaciju novih interfejsa, tako i za mogućnost novih usluga funkcionalnosti sistema, a time je omogućeno, mrežno restruktuiranje i optimizacija troškova. Definisane su dve vrste interfejsa za standardizaciju rada na polju p tehnologije za prenos kod pristupnih mreža. To su interfejsa za lokalnu razmenu (LE) u pristupnoj mreži (AN) (V5-interfejsa određen po ETSI), i pretplatnički mrežni interfejs (SNI). Slika 3.2. ilustruje ova dva interfejsa.

- 25 -

Bežične mreže za pristup

Slika 3.1. Tačka-više tačaka i više tačka-tačka arhitekture WLL sistema

Slika 3.2. Interfejs pristupne mreže

- 26 -

Bežične mreže za pristup

3.3. ETSI V5-interfejs Radi modernizacije Istočno Nemačke telefonske mreže i uvođenjem njene Opal (optičke pristupne linije) tehnologije, Deutsche Telekom je prepoznao potencijal za uštedu u liniski postavljenu pristupnu mrežu, u razmeri broja klijenata i telefonskih portova potrebnih za razmenu, kao i u broju telefonskih centrala potrebnim za snabdevanje datog regiona. Ovo može biti učinjeno putem uključivanja koncentracije funkcija unutar Opal mreže. To je dovelo do razvoja ETSI V5-interfejsa. Kao što pokazuje Slika 3.3., pristup mreži jedino zahteva podršku suficitne veze za stvarni broj telefonskih poziva koji su u toku. Istorijski gledano, bakarne pristupne mreže su obezbedile trajnu vezu za svaku liniju krajnjeg korisnika (Slika 3.3b). Ova konfiguracija zahteva mnogo više veza unutar pristupne mreže i još mnogo lokalnih portova za razmenu.

Slika 3.3. Efekat koncentrične funkcije u pristupnoj mreži

Na primeru slike 3.3., mogu se videti terminali deset krajnjih korisnika koji su povezani u lokalnu razmenu. Pretpostavlja se, da se najviše dva terminala koriste istovremeno. U slučaju slike 3.3a., koncentrična funkcija (npr. jednostavna switching funkcija) unutar pristupne mreže, osigurava da se samo dve konekcije moraju odvijati i da je samo dva porta obavezano na razmenu. Na slici 3.3b., koncentracija je obuhvatla pristupnu mrežu, tako da je potrebno deset konekcija i deset portova za razmenu. Pre nego li pristupna mreža može preuzeti koncentraciju funkcije, nova procedura signalizacije mora biti definisana, budući da inače ne bi bilo moguće znati (samo po portu porekla) koji klijent želi upućivanje poziva. Ove informacije zahteva lokalna centrala da bi ispravnom klijentu bio naplaćen poziv. Slično tome, za dolazne pozive, lokalna centrala mora biti u stanju da prepozna kom odredištu poziv treba biti preusmeren. Tu signalizaciju je ETSI definisao kao V5.1 i V5.2 interfejse. V5.2 interfejs

V5.2 interfejs je definisan kao ETSI standard ETS 300 347. Time se definiše metoda za povezivanje i do 480 klijentskih linija sa kapacitetom od 64 Kbit / s (480 jednostavnih telefonskih linija, 240 ISDN osnovnih brzina pristupa ili 16 ISDN primarnih pristupnih linija) preko pristupne mreže za telefonsku ili ISDN lokalnu razmenu. Pristupne mreže mogu biti - 27 -

Bežične mreže za pristup

povezane pomoću linija za lokalnu razmenu koje imaju brzinu i do 2 Mbit / s. Na slici 3.4. ilustrovan je V5.2 interfejs.

Slika 3.4. V5.2 interfejs

Budući da je interfejs V5.2 predviđen za koncentracijonu funkciju kako bi se obuhvatila pristupna mreža, broj „saobraćajnih“ kanala na V5.2 interfejsu (između AN i LE) može biti manji od broja klijenata potrebnih za povezivanje sa AN. Protokol V5.2 je veoma složen protokol, i nije u potpunosti pokriven u ovom razmatranju. Glavni elementi i pojmovi interfejsa su:        

noseći kanal - ovo je kanal sa brzinom od 64kbit / s koji se koristi za prenos telefonskog signala ili ISDN podataka; noseći komunikacioni kanalni protokol (BCC) - ovo je protokol koji omogućava LE za kontrolu AN u raspodeli nosioca kanala. Ovo je jedan od podataka koji se mogu prenositi informacionim putem; komunikacioni put - ovaj put je potreban radi prenosa signalizacije podataka ili informacija preko V5.2 interfejsa. Osim BCC protokola, komunikacioni put se koristi i za prenos ISDN D-kanala za signalizaciju i paketske podatke (nastao za razne ISDN komunikacije klijenata); komunikacioni kanal - ovo je podela od 64 Kbit / s na V5.2 interfejsu koja nosi komunikacioni put; logički komunikacioni kanal - ovo je grupa od jednog ili više komunikacionih kanala; fizički komunikacioni kanal - je stvarn 64 Kbit / s vremenski slot podelken na V5.2 interfejsu za nošenje logičkih komunikacionih kanala. Fizički komunikacioni kanal kanal je sastavljen za komunikaciju i signalizaciju, i ne može se koristiti za nošenje nosilaca kanala; aktivni komunikacioni kanal - ovaj kanal je fizički komunikacioni kanal koji trenutno nosi logički komunikacioni kanal. Kada logički kanal nije nošen od strane aktovnog komunikacionog kanala onda on postaje standbay komunikacioni kanal; standbay komunikacioni kanal - ovaj kanal je fizički komunikacioni kanal koji trenutno ne nosi logički komunikacioni kanal.

- 28 -

Bežične mreže za pristup

V5.1 interfejs V5.1 interfejs je jednostavnija verzija od V5.2 interfejsa u kojem se osobina koncentracije ne uključuje. Kao rezultat toga, uvek postoji onoliko 64 Kbit / s kanala koji su trajno spojeni na LE, koliko ima 64 Kbit / s telefonskih kanala predstavljenih krajem kupacu. Iako ne postoji mogućnost za koncentraciju kao što je slučaj sa V5.2, V5.1 dozvoljava individualni 64 Kbit / s kanala ili BRI (Basic Rate ISDN pristupni vod) portove koji mgu biti konsolidovani u grupama od 30 linija, a svakih 30 mogu biti prezentovani na jednom E1 (2 Mbit / s) portu interfejsa za lokalnu razmenu. Operateri V5.1 obično posmatraju kao prvi korak ka V5.2 interfejsu. To dozvoljava usvajanje novih proizvodnih tehnologija pristupnih mreža, dok se kompletana specifikacija i razvoj koncentracije funkcija (V5.2) ne dogodi. Međutim, sada kada V5.1 počinje da pada u senku mnogi proizvođači nude V5.2 interfejs.

3.4. Komercijalno dostupana telefonija i Basic Rate ISD sistemi bežičnih lokalnih petlji Veliki broj sistema razvijeni su od strane raznih proizvođača za telefon i ISDN aplikacije bežičnih lokalnih petlji. Ovi sistemi imaju za cilj da obezbede za telefonski servis i za uslugu za punu 64 Kbit / s konekciju. Ovi sistemi koriste različite i uglavnom nestandardizovane radio interfejse i tehnike modulacije, ali imaju veliki broj zajedničkih obiležja:   

oni obično koristite manje brzine ili ograničenu propusnost kanala radi prenos jednostavnih glasovnih kanala (npr. 8-10 Kbit / s ili 4 kHz za govorni kanal); oni su relativno dugački sistemi, a time pogodni za pružanje pokrivenosti velikh (tipično ruralnih) područja; oni koriste modulaciju sistema koja omogućava adekvatni telefonski i faks signal, ali i kvalitetan prenos pretplatničkog terminala postizanjem niskih troškova usluga.

Jedna od sve popularnijih tehnika višestrukog pristupa koja se koristi za ovu vrstu manjih brzina prenosa je sistem CDMA (Code Division Multiple Access). CDMA je pogodan za primenu, jer je relativno imun na slabljenje signala i smetnje, a time i relativno robustan. Kao rezultat toga, on je jeftin i jednostavan za instalaciju. CDMA ima relativno niske brzine prenosa za pojedinačne korisničke kanale u odnosu na ukupnu propusnost radio opsega koji se koristi u tačka-više tačaka sistemima. Primeri ove tehnologije su Lucent Technologies' Airloop sistem, Proximity Northern Telecom sistem (Nortel), Airspan (sistem razvijen od strane DSC u saradnji sa British Telecom-om), kao i niz drugih. Međutim, koji od ovih sistema će uspeti dugoročno da preživi jedino preostaje da se vidi. Kritična će biti cena usluga po korisniku, kao i tehničke performanse samih sistema. Pored ovih WLL sistema, tu su i brojni pokušaji javnih operatera koji koristite DECT tehnologiju kao alternativni način WLL-a.

3.5. DECT (evropski sistem digitalne telefonije) DECT standardi, razvijeni od strane ETSI, narasli su u sofisticirani set tačka-više tačaka radio sistemskih tehničkih podataka. Inicijativa za njihov razvoj rasla je iz želje da se razvije zajednički bežični interfejs CAI (Cammon Air Interface) za digitalnu širokopojasnu bežičnu telefoniju. Pored toga, brojna druga obilježja su izgrađena: 

bezbednosne mere protiv neovlašćenog korišćenja aparata i presluškivanje razgovora; - 29 -

Bežične mreže za pristup

   

praćenje mobilne stanice - tako da dolazni pozivi mogu biti prosleđeni DECT telefonom korisniku, bez obzira na to gde se nalazi; pun handover za sve mobilne stanice iz jedne ćelije u sledeću; mogućnost obezbeđivanja ispravnog funkcionisanja ISDN-a i prenosa podataka preko DECT terminala i to pri punoj brzini prenosa od 64 Kbit / s ; kompatibilnost DECT protokola sa OSI sistemom (kako bi se omogućilo da svi sistemi budu kompatibilni bez obzira što je oprema različitih proizvođača).

Budući da je ovaj standard po svojoj arhitekturi i obliku izuzetno dobar, bitno je objasniti princip njegovog rada i vizualno (slika 3.5.). Specifični WLL standardi se razvijaju tako da koriste sve delove ili samo deo DECT standarda. Slika 3.5. ilustruje referentni model DECT sistema.

Slika 3.5. Referentni model DECT standarda

Najvažniji deo DECT-a je radio zajednički vazdušni interfejs, D3. Ovo omogućava spajanje mobilnog radio terminala (PT) i fiksnog radio terminala (FT) upotrebom bežične (tj radiolink ) veze. Činjenica da interfejs omogućava u komunikaciji korišćenje uređaja proizvedenih od različitih proizvođa, olakšava instalaciju celog sistema. Na taj način, jedino se moraju instalirati bazne stanice, a uređaji se mogu prodati putem maloprodajnih kanala. Prednosti DECT interfejsa su bežična telefonska tehnologija visokog kvaliteta govora koju pruža digitalna radiorelejna veza, i ekstra bezbednosne mere radi zaštite od presluškivanja i neovlašćenog korišćenja. Dodatnu sigurnost korisničkoj indentifikaciji pružaju sredstva za šifriranje (encryption) podataka i smart kartica (tzv. DECT Authorisation Modul, DAM).

- 30 -

Bežične mreže za pristup

DECT handover Interfejsi D1 i D2 kao i funkcija HDB (Home Data Base) i VBD (Visitor Data Base) omogućavaju primanje dolaznih poziva u velikoj oblasti DECT mreže i roming između ćelija. Svaki fiksni radio terminal kontroliše ćeliju pomoću DECT radio mreže. Roming između ćelija se ostvaruje pomoću funkcija VDB i HDB. Handover (prebacivanje) u DECT mreži vrši se tako što sama mobilna stanica odlučuje od koje bazne stanice prima najjači signal, a zatim se sama povezuje na tu bazne stanice. Kada signala iz susedne bazne stanice postane jači, uređaj inicira prebacivanje na ovu baznu stanicu i kontroliše proces prenosa. To omogućava brže i pouzdanije prebacivanje čak i od onog koji je postignut u mrežama mobilne telefonije. Ova metoda se poredi sa mobilnom stanicom GSM u kojoj komutacijski čvor mobilne mreže i bazna stanica kontrolišu prebacivanje na osnovu podataka dobijenih od mobilnog terminala. Odluka da se pokrene prebacivanje mobilne jedinice u DECT sistemima temelji se na merenju RSSI (Received Signal Strength Indicator), C / I (mera signala nosioca i smetnje) i BER (Bit Error Rates) alternativnih signala. Sposobnost da se komunikacija prebacuje u susedne bazne stanice može biti korisno sredstvo za prevazilaženje smetnji nastalih usled teških kiša na određenom području pokrivenosti bazne stanice, ili za premošćavanje vremena kada je došlo do kvara na hardveru. Koncept radio relejnih stanica u DECT sistemima Glavni problem koji čini ekonomski neisplatljivim DECT kao tehnologiju za WLL je njegov ograničen domet. U rasponu od jednog skoka unutar DECT sistema domet je relativno ograničen (tipično 200 m), iako pod idealnim uslovima sa vrlo jakom antenom bazne stanice, može se postići nekoliko kilometara. Uložen je napor u dizajn sistema da bi se našlo sredstvo za proširenje opsega. Koncept radio relejnih stanica omogućava spajanje nekoliko radio linkova kako bi se dopustilo da mobilna radio stanica (PT) prebaci signal malo dalje do fiksnog radio terminala (FT). Relejne stanice mogu biti ili fiksne relejne stanice (FRS) ili mobilne relejne stanice (MRS), kao što prikazuje slika 3.6.

Slika 3.6. DECT fiksne i mobilne relejne stanice

DECT D3-interfejs DECT radiokomunikacijski interfejs je dizajniran tako da bude kompatibilan sa OSI modelom. On obuhvata slojevite protokole za fizički sloj, nadzor pristupa medijumu i upravljanje veze za - 31 -

Bežične mreže za pristup

podatke kako za korisničku ravan (U-ravan) tako i za kontrolnu ravan (C-ravan), kao što prikazuje slika 3.7.

Slika 3.7. Referentni model DECT protokola

Protokol C-ravni se koristi za podešavanje i regulaciju veze (kao što je telefonska signalizacija). Protokol U-ravni je složen protokol a koristi se tokom faze razgovora poziva ili tokom veze – a odnosi se na prenošenje korisničkog govora ili podataka. Donji sloj upravljanja inicira skup funkcija upravljanja mrežom za praćenje i ponovno konfigurisanje protokola koji su neophodni za rad mreže. Karakteristike fizičkog sloja radio interfejsa su navedene u tabeli 3.1. Tabela 3.1. Fizički sloj DECT radiokomunikacijskog interfejsa

Višestruka pristupna šema zasniva se na TDMA, kao što je ilustrovano na slici 3.8. - 32 -

Bežične mreže za pristup

Slika 3.8. TDMA struktura u DECT-u

Jedan slot može da obuhvati ceo fizički paket P32, kratak fizički paket P00 ili dve polovine slota (paket niskog kapaciteta P08). Osnovni fizički paket P32 je dužine 424 bajta, a deli se na Spolje (za sinhronizaciju) i D-polje (za prenos podataka). D-polje je dalje podeljeno na A- i Bpolja. A-polje se koristi kao kanal trajne signalizacije, a B-polje je kanal za korisničke informativne podatke. U tabeli 3.2. nalaze se različite funkcije u A-polju. Tabela 3.2. A-polje

Pun 64 Kbit / s ISDN nosilac kanala može se prenesti preko DECT mreže pomoću dva B kanala. Prednosti i problemi DECT-a u WLL mrežama DECT sistemi imaju puno mogućnosti koje su privlačne potencijalnim operaterima WLL (bežična lokalna petlja) mreža za pružanje pristupa javnim ili ISDN telefonskim mrežama: 

standardizovani radio interfejs, što znači da se može koristiti pretplatnička oprema različitih proizvođača; - 33 -

Bežične mreže za pristup

      

jednostavna instalacija pretplatničkog terminala omogućava da se terminali prodaju putem maloprodajnih kanala; jaka zaštita mobilnog terminala odpreslušavanja; visoko kvalitet digitalnog prenosa; moćni i jaki protokoli koji omogućavaju princip podrške za multimedijalne usluge; obnavljački koncept omogućava da se raspon immeđu osnovnih baznih stanica poveća; koncept handover-a se može koristiti za savladavanje problema nastalih kod odlaznih veza zbog nedostupnosti neke „home“ bazne stanice zbog jake kiše ili kvara hardvera; masovna proizvodnja mobilnih terminala tj. uređaja omogućava priuštivu korisničku opremu.

Nažalost, postoje i brojni problemi povezani sa upotrebom DECT tehnologije kao rešenja u WLL javnoj telefonskoj mreži:   

DECT radio spektra se ne može se podeliti i označiti za pojedinačne korisnike. Ovo znači da javni operatori koristeći DECT sistem za WLL moraju da dele spektar sa privatnim korisnicima pomoću DECT bežičnih telefona; ograničen raspon sistema, a to znači da se veliki broj baznih stanica mora koristiti da bi se napravitla velika pokrivenost. Ta činjenica pokazuje da je DECT u svom sadašnjem obliku neekonomičan kao WLL tehnologija; ograničen spektr (20 MHz).

Uprkos problemima, veliki deo tehnologija i mnoge od ideja razvijene su u početku za DECT a nakon toga su našle put ka drugim tehnologijama.

3.6. Mobilna telefonska mreža kao sredstvo fiksnog bežičnog pristupa U velikom broju zemalja, gde je fiksna telefonska mreža slabo korišćena do sredine 1990-ih, pa čak i kasnije, bilo je pokušaja da se mobilna telefonska mreža iskoristi kao sredstvo fiksnog bežičnog pristupa. Od ranih 1980-ih desila se ekspanzija velikih i worldwide mobilnih telefonskih mreža gotovo širom sveta. „Mobilna“ generacija zahtevala je mobilne komunikacije. U početku su to bili analogni sistemi i relativno maloga kapaciteta (tabela 3.3.). Rane mobilne telefonske analogne mreže bile su popularne među buisiness korisnicima a koristile su se za telefone u automobilima, ali je njihova popularnost brzo dovela do problema sa kapacitetom mreža. Tabela 3.3. Poređenje analognih mobilnih tipova mreža

Kao rezultat toga, Svetska organizacija za dodelu frekvencija (UARC) dodelila je novi 900 MHz spektra. Nakon toga, postojao je pritisak da se digitalizuju radio kanali govora, kao i da se počne - 34 -

Bežične mreže za pristup

sa kontrolom kanala čime bi se poboljšao radio spektar. Digitalni kanali omogućavaju bliži kanalni razmak, zbog manje interferencije između kanala. Pre svega usvajanjem digitalne tehnologije omogućeno je efikasnije korišćenje raspoloživih radio opsega, a time i povećan „saobraćaj“, a nakon toga i smanjenje cena usled velike proizvodnje komponenata. Rezultat svega bio je bum mobilne telefonije. Danas vladajući tehnički standardi (tabela 3.4.) su: GSM (globalni sistem za mobilne komunikacije) i PCN (Personal Communications Network, takođe poznat kao DCS-1800 tj. digitalni celularni sistem/1800 MHz.) Ova dva standarda dovela su do tehnologije koja se naziva GSM-1800. Tabela 3.4. GSM i PCN standardi

Osnovni delovi različitih tipova mreža su slični. Slika 3.9. prikazuje arhitekturu DCS ili GSM mreže.

Slika 3.9. Glavne komponente GSM i DCS mreža

- 35 -

Bežične mreže za pristup

Jedan od osnovnih ciljeva, veći kapacitet sistema, ostvaren je korišćenjem digitalne TDMA (time division multiple access) tehnologije. Primarna funkcija GSM sistema je govorni servis. Medjutim, podržava se i prenos podataka brzinom do 9.6 kb/s (faksimil, videotekst, teletekst). Naročito je postao popularan servis kratkih poruka - SMS (short message service). GSM sistem je obezbedio dobar kvalitet govora, korišćenje malih i jeftinih ručnih terminala (mobilnih telefona), internacionalni roaming, itd. Arhitektura GSM se može podeliti na tri celine:   

Mobilna stanica, MS (Mobile Station) Podsistem baznih stanica, BSS (Base Station Subsystem) is Mrežni podsistem, NS (Network Subsystem)

Mobilna stanica predstavlja opremu pretplatnika - mobilni terminal (mobilni telefon). Pored mogućnosti primopredaje govora i podataka, mobilni terminal takodje ispunjava jedan broj operacija kao što su: identifikacija, handover, kodiranje i kanalsko kodiranje. Terminal sadrži pretplatničku karticu koja se naziva SIM (Subscriber Identity Module). Svaka SIM kartica ima jedinstveni identifikacioni broj IMSI (International Subscriber Identity Module). Ova kartica omogućava da se lako promeni telefon a da se zadrži isti identitet na mobilnoj mreži, sačuva telefonski imenik i slično. Podsistem baznih stanica čine: bazne stanice (BTS) i kontroler bazne stanice (BSC). BTS (base transceiver station) su bazne (primopredajne) stanice, koje služe za povezivanje mobilnih terminala sa celularnom mrežom putem radio signala. One su organizovane u male grupe, pri čemu jednu takvu grupu kontroliše kontroler bazne stanice BSC (base station controller). Mobilne stanice šalju kontroleru bazne stanice izveštaj o primljenim signalima svakih 480 ms. Mrežni podsistem (NS) se sastojiod sledećih delova: MSC (Mobile Swiching Centre) - mobilni komutacioni centar obavlja sledeće funkcije: registracija, provera autentičnosti, ažuriranje lokacija MS, rutiranje poziva, handover itd. MSC takodje obezbedjuje interfejs prema PSTN (javnoj telefonskoj mreži) tako da pozivi iz mobilne mreže mogu biti rutirani ka fiksnoj mreži. Interfejsi prema drugim mobilnim komutacionim centrima omogućavaju pozive ka drugim mobilnim mrežama. Da bi MSC mogao da obavlja svoje funkcije potrebni su mu podaci iz različitih baza podataka a to su:      

HLR (Home Location Register) je matična baza podataka o registrovanim korisnicima mreže, VLR (Visitor Location Register) je baza podataka o trenutnim korisnicima u oblasti pokrivanja. EIR (Equipment Identify Register) je baza podataka o celokupnoj opremi (uredjajima) u mreži. Svaki mobilni uredjaj ima svoj broj koji se naziva IMEI (International Mobile Equipment Identity). AUC (Authentication Centre) - identifikacioni centar je zaštićena baza podataka koja sadrži kopije ključeva svih postojećih SIM kartica, koji se koriste za proveru autentičnosti i kodovanje radio kanala. OMC (Operation and Maintenance Centre) je upravljački sistem koji nadgleda funkcionalne blokove sistema. GMSC (Gateway Mobile Swiching Centre) je primopredajni deo MSC-a kojim se definišu veze MSC-a ka fiksnoj mreži.

GSM sistem koristi kombinaciju (slika 3.10.) TDMA (Time Division Multiple Access ) i FDMA (Frequency Division Multiple Access) sistema. To je zapravo hibridni sistem, TDMA/FDMA, koji primenjuje višestruki pristup korišćenjem vremenske raspodele u FDMA strukturi. Svaki radio kanal se konvertuje u vremenski domen tako što se deli na odredjeni broj vremenskih slotova. Kao rezultat, različiti korisnici mogu koristiti istu frekvenciju, ali ne u isto vreme. Ukupan broj kanala predstavlja proizvod broja frekvencija u ćeliji, broja vremenskih slotova po kanalu i frequency reuse faktora. TDMA dozvoljava korisniku da koristi ceo frekvencijski kanal sve dok nema drugih zahteva. Kada postoji više korisnika oni koriste različito alocirane vremenske slotove u istom frekvencijskom kanalu. Bazna stanica kontinuirano vrši prebacivanje sa jednog na drugog korisnika unutar kanala. - 36 -

Bežične mreže za pristup Višestruki pristup u GSM biće objašnjen na primeru GSM-900 sistema. U ovom sistemu raspoloživa su dva frekvencijska opsega širine 25 MHz:  

890 - 915 MHz za uplink (od MS do BS) 935 - 960 MHz za downlink (od BS do MS).

Slika 3.10. TDMA ramovi koji se koriste kod GSM sistema

Dakle, može se uočiti da su frekvencije u jednom paru razmaknute za 45 MHz. I uplink i downlink opseg od po 25 MHz dele se korišćenjem FDMA šeme na po 124 kanala. Noseće frekvencije ovih kanala su razmaknute za po 200 KHz. Na taj način se dobija 124 full-duplex parova kanala. Nosilac je modulisan pomoću GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) tehnike. Ovaj način modulacije je odabran zbog otpornosti na šumove, zauzimanja relativno uskog frekvencijskog opsega i drugih pogodnosti. Zapravo, opseg od 25 MHz bi se mogao podeliti na 125 nosećih frekvencija, ali se u GSM-u prva noseća frekvencija koristi za obezbedjivanje zaštitnog opsega izmedju GSM i ostalih servisa koji rade na nižim frekvencijama. Svakoj baznoj stanici se dodeljuje jedan ili više parova frekvencija koje se koriste unutar date ćelije. Svaki kanal pridružen jednoj nosećoj frekvenciji se dalje deli, korišćenjem TDMA šeme, na vremenske slotove približnog trajanja od 0.577ms (15/26 ms). Osam uzastopnih vremenskih slotova čine TDMA ram trajanja 4.615 ms (120/26 ms). Korisnički mobilni interfejs (Um) je mrežni mobilni telefonski ekvivalent ISDN korisničkom interfejsu (U-interfejs). To je standardni mobilni interfejs i protokol koji dozvoljava korišćenje uređaja različitih proizvođača. Na slici 3.11. prikazana je mobilna stanica i mobilni korisnički interfejs koja se koristi u GSM sistemima.

Slika 3.11. Mobilna stanica u GSM sistemima

- 37 -

Bežične mreže za pristup

3.7. Iridium, Globalstar i evolucija univerzalnog mobilnog telefonskog servisa (UMTS) Celokupno razmatranje vezano za mobilnu telefoniju u okviru fiksnog bežičnog pristupa ne bi bilo potpuno ukoliko se ne bi spomenula univerzalni mobilni telefonski servis (UMTS). Sa početkom 90-tih godina i bumom u mobilnim komunikacijama, došlo je do mišljenja razvijanja svetskog rominga kao i pokrivanja cele Zemlje mobilnom telefonijom, pa je tako dobijena ideja o stvaranju UMTS-a. Rezultat takvih prohteva doveli su do uključivanja novih satelitskih tehnologija. U ovom slučaju Base Switching Centre BSC i Base Transmitter Station BTS sklopljene su u jednu kongfiguraciju i zamenjene su satelitima na niskim orbitama (slika 3.12.)

Slika 3.12. UMTS

Veza korisnika sa satelitom (en. mobile user link) ostvaruje se unutar L ili S opsega sa različitim radnim frekvencijama za uzlazni i silazni link. Link izmedju satelita i bazne stanice (en. gateway link) na Zemlji uglavnom koristi standardne frekvencijske opsege za fiksne satelitske servise kao što je Ku opseg, mada neki mobilni satelitski servisi koriste C ili Ka opseg. Antene na satelitima imaju takve karakteristike zračenja da pokrivaju odgovarajuća područja na Zemlju u vidu mreže ćelija ili sektora slično kao kod zemaljske mobilne komunikacione mreže. Pored toga, moguća je direktna komunikacija izmedju satelita (en. inter-satellite links) što omogućava direktnu komunikaciju izmedju korisnika u različitim zonama pokrivanja bez korišćenja bazne stanice ili zemaljskih komunikacionih mreža. U tabeli 3.5. ilustrovane su četiri glavne mreže koje koriste ovakve sisteme. Tabela 3.5. Poređenje 4 tipa mobilnih satelitskih sistema

- 38 -

Bežične mreže za pristup

4. Širokopojasni bežični pristup

Kako je povećana konkurencija u svetu telekomunikacionog tržišta, operatori su tražili sve više inovativne načine za osvajanje tržišnog udela. Fiksni bežični pristup omogućio novim operaterima efikasnije takmičenje sa bivšim-monopol konkurentima, bez potrebe da se oslanjaju na njih za pružanje usluga pristupa mreži. To je pomoglo novim operaterima da smanje troškove i da kroz bolju kontrolu nad sopstvenom infrastrukturom budu odgovorniji za korisničke zahteve i servis. U početku, to je bilo suficitno da operateri ponude telefon i ISDN (Integrated Services Digital Network (digitalna mreža integrisanih usluga)) za bitske brzine na njihov pristup linijama, ali se od javnih telefonskih usluga odustalo zbog žestokog takmičenje između pružaoca usluga, došlo je do porasta potražnje za brzim uslugama, a posebno za pristup internetu i drugim IP (Internet Protocol) uslugama. Kao rezultat toga, nastao je širokopojasni bežični pristup. Većina modernih telekomunikacionih operatera, koji su imali radio spektar omogućio im je da uspostave bežičnu lokalnu petlju (WLL) i ponuditi multimedijalne širokopojasne i glasovne usluge. Pregledaćemo u ovom poglavlju različite opreme dizajnirane da ponude „širokopojasni bežični pristup“, i razmišljanja koja bi trebala pratiti planiranja i operacija takve mreže.

- 39 -

Bežične mreže za pristup

4.1. Različita mišljenja za dodelu spektra Vrsta širokopojasnog bežičnog pristupa koji će biti efikasan, ekonomičan i uspostavljen u specifičnoj zemlji zavisi u velikoj meri od režima koji se odnosi na raspodelu i korišćenje relevantnih radio spektra. Postoje dva osnovna (ali vrlo različita) načina pri odabiru radio spektra. U američkom modelu (Sjedinjene Američke Države, Federalna komisija za komunikacije), spektar je na aukciji u velikim količinama kao najviši ponuđač. Tako, na primer, LMDS (Local Multimedia Distribution Service) aukcije prikazane u SAD tokom 1999 rezultovale su profit dva mrežna operatera u svakoj regiji u Sjedinjenim Državama (nazvane BTA ili Basic Trading Area) , odnosno, 1150MHz i 150 MHz za dodela spektra - ekvivalento 575 MHz i 75 MHz obosmernog kapaciteta. Sa ovom količinom spektra (velike brzine usluga možda čak visoke kao 155 Mbit/s) može biti ponuđen pristup mreži istovremeno na više kupaca, bez obzira da li se koristi tačka-tačka ili tačka-više tačaka tehnika za bežični pristup mreži. Nasuprot tome, Evropski regulatori su skloni da se dodeljuje puno više ograničen spektar svakom mrežnom operateru. Njihova namera u tome je da se osigura visoka efikasnost korišćenja spektra, više konkurencije među operaterima i smanjena verovatnoća da spektar 'pobjednik' jednostavno proda spekar za sopstveni dobitak. Kao posledica toga, kod Evropskog tačka-više tačaka bežičnog pristupa operatori imaju plan da njihove mreže obično koriste 14 MHz, 28 MHz, 56 MHz spektar unutar bilo koje geografske regije. Budući da je maksimalna brzina bitova koja može biti ponuđena krajnjim kupcima je jedan-bit-po-sekundi po Hertz-u od spektra, tako mnogi evropski operatori nude maksimalnu brzinu oko 8 Mbit/s ili 34 Mbit / s do terminala. Jedna stvar je zajednička za severnoameričke i evropske operatore - niko od njih nema pristup za neograničeni spektar resursa. Bez obzira na režim licenciranja spektra, svi operatori i njihovi proizvođači opreme pokušavaju progurati maksimalan potencijal od dodeljenog spektra pokušavaju podvaliti zakonima fizike nudeći individualnim kupcima sve veći zalogaj stope dok istovremeno povećavaju broja klijenata, bez povećanja iznosa radio spektra. U ostatku poglavlja, razmatramo neke od različitih pristupa.

4.2. Viši radio frekvencijski opseg većeg kapaciteta Uopšteno, može se reći da što je veći obim rada bežičnog pristupnog sistema, to su veći potencijali kapaciteta mreže. To je zato što se dostupna brzina bitova do krajnjih kupaca i broj krajnjih kupaca može povećati. Razlozi za povećanje kapaciteta na većim frekvencijama rada su dvojaki:  

Istorijski, veoma visoka frekvencija radio opsega još uvek ima značaj, nekorišćen je veći spektar frekvencija, i tako je ostalo više potencijala za vrlo velike propusne alokacije. Smanjivanjem dometa radio sistema sa povećanjem frkvencije poboljšava se potencijal za ponovno korišćenje frekvencije. Zato što se bazne radio stanice mogu smeštati bliže jedna drugoj, tako za udaljeni terminal veza postaje moguća.

Približni empirijski odnos maksimalne raspoložive brzine bitova i opseg rada prikazan je na slici 4.1, koji se zasniva na trenutno-razmestivu radio pristupnu tehnologiju. Na slici 4.1 se smatra da mobilne telefonske tačka-više tačaka mreže rade na 450 MHz, 900 MHz, 1800 MHz i 1900 MHz. Većina modernih mobilnih mreža je zasnovana na tehnologiji digitalnog prenosa, po stopi oko 10 Kbit/s po krajnjem korisniku. Prenos se može koristiti za govorni ili pisani signal. Dok faks prenos, osnovne usluge Interneta i e-mail bi bilo moguće uz najnovije tipove mobilnog telefona, uprkos činjenici da je treća generacija mobilnih mreža (nazvan UMTS ili Universal - 40 -

Bežične mreže za pristup

Mobile Telephone Service) dizajnirana za podršku Internet usluge, celularne mobilne mreže ovog tipa nisu pogodne za prenos velikih priloga e-pošte ili preuzimanjem velikih internet stranica. Bežična lokalna petlja (WLL) sistema na slici 4.1 predstavlja razne sisteme koji su se pojavili u poslednjih nekoliko godina za razne opsege između 1 GHz i 4 GHz (posebno 2,2 GHz, 2,6 GHz i 3,5 GHz, između ostalih). Ovi sistemi su uglavnom bili dizajnirani da budu sredstvo za alternativne linije i pružanje pristupa javnim telefonskim mrežama, posebno u gradskim predgrađima ili udaljenim i slabo naseljenim-ruralnim područjima. Najmoderniji WLL sistemi su sposobni da podrže n x 64 kbit/s usluge, uključujući Basic Rate ISDN na 144 Kbit/s. Iako su neki od tih sistemaž podržavaju brzine i do 2 Mbit/s, te brzine nisu namenjene da budu 'norma' za ciljne kupce takvih sistema. U tim visokim bitskim brzinama, preveliki udeo operatera dostupnog spektra (tipično 14 MHz) se koristi od strane jednog korisnika, čime se smanjuje sposobnost za udeo spektra između brojnih korisnika, a tako je zbog ekonomske održivosti. Evropski širokopojasni tačka-višetačaka (PMP) sistemi takođe su prikazani na slici 4.1 obično su bitni po brzinama do krajnjeg kupca od oko 8 ili 16 Mbit/s.Veće brzine su obično isključene u spektru koji je na raspolaganju od bežičnog operatera. Takvi sistemi su ipak idealno prilagođeni da osiguraju pristup mreži za krajnje korisnike javnih telefonskih mreža ili Internet usluga i usluga baziranih na IP-u. Tipično, širokopojasni bežični pristup sistemi su projektovani i razvijeni za evropski opseg na 10 GHz, 26 GHz i 28 GHz. Krajnji korisnici koji se generišu samo povremenim korišćenjem komunikacione linije su idealno pogodni za deljenje brzine tačka-više tačaka bežičnog pristupa sistemu. Tako je, na primer, moderan pristup lokalne mreže na Ethernet brzine od 100 Mbit/s (100 baseT) i može biti povezan na udaljeni LAN. Za kratke periode potražnje, dve mreže mogu da dele informacije na 16 Mbit/s. U međuvremenu, za vreme 'mirnog' perioda između korisnicima, drugim LAN vezama može biti obezbedjen pristup pomoću `rezervnih' kapaciteta bežične mreže za njihovu komunikaciju. Na sličan način, radio spektar dodeljen za izvođenje telefonskih poziva može biti ponovo dodijeljen različitim krajnjim korisnicima u skladu sa njihovim stvarnim pozivima korišćenja, tako da je samo nekoliko radio stanica potrebno da bi najveći broj korisnika uzastopno održao razgovore. Takva ponovna dodela spektra se čini idealnim za korišćenje.

Slika 4.1. Empiriska veza između radio opsega i maksimalno podržane bitske brzine

- 41 -

Bežične mreže za pristup

Tačka-tačka (PTP) bežična pristupna tehnologija, kao što je prikazano na slici 4.1, može se koristiti efikasno za vrlo velike brzine pristupa od linije javnih telekomunikacionih operatora do svojih korisnika. Zapravo, veliki broj operatera su se pojavili u SAD-u i postali uspešni u pružanju usluga takvih mreža velike brzine pristupa koristeći velike brzine PTP tehnologije. Moderna PTP tehnologija je u mogućnosti za podršku bitske brzine obično u rasponu od 2 x 2 Mbit/s ili 2 x 1,5 Mbit/s do 155 Mbit/s. Od 155 Mbit/s, za PTP vezu je potreban od 56 MHz kanal koji će se koristiti, ali ograničenje upotrebe spektra za direktnu liniju između dveju krajnjih tačaka (što se postiže korišćenjem usmerenih antena) čini potencijal za ponovno korišćenje istog spektra. Međutim, dok neki regulatori dozvoljavaju korišćenje takve velike brzine kanala, drugima je ograničena maksimalna propusnost kanala na oko 28 MHz (obično ekvivalent do 34 Mbit/s, 45 Mbit/s ili 52Mbit/s). Konačno, 4.1 slika pokazuje tačka-višetačaka opremu dizajniranu za LMDS i MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Service) opseg u Severnoj Americi (na 28 GHz i 40 - 42 GHz). Ovi sistemi obično imaju za cilj adrese sa većim brzinama višim od onih na koje cilja Evropski PMP sistem. Sa većom bitskom brzinom dolazi priznanje iz tri razloga:   

originalni distributivni sistem razmešten u Severnoj Americi je za pretplatnički-TV; američko telekomunikaciono tržište obično je ranije zahtevalo više bitske brzine nego evropsko tržište - i krajnji kupci već su zahtevali 45 Mbit/s, 52 Mbit/s, pa čak i 155 Mbit/s; režim dodele spektra u Severnoj Americi je dozvoljavao operaterima da ponude veći zalogaj nego što je moguće za razliku od Evropskih. Severno Američka, LMDS oprema je sklona višestrukim adresama od 1.5 Mbit/s, do oko 45 Mbit/s ili 52 Mbit/s.

Različiti broj radio opsega je u upotrebi u Severnoj Americi - tačka-više tačaka (nazvan promenljiv MMDS-, LMDS- ili LMCS-). Međutim, dok se imena opsega razlikuju, tu dolazi istovetnost između vrsta oprema koja se koristi u svakoj od opsega i glavni programi ciljnog tržišta su operateri (pristup internetu i interaktivna televizija, kao i telefonski / ISDN) . Operatori danas se lako prijave za bilo koji spektar i mogu ga dobiti. Tehnički standardimi koji se koriste u svakom opsegu su uglavnom izabrani od strane operatera. Tehnologije se neznatno razlikuju od jednog do drugog opsega i tendencija je da su operateri specifični (Teligent na 24 GHz, Nekstlink na 28 GHz, Uinstar na 39 GHz, itd). Neki operateri i proizvođači se na primer odlučuju se za korišćenje Frequency Division Dupleks (FDD), a drugi su izabrali Time Division Dupleks (TDD).

4.3 MMDS (višekanalni distributivni sistem) U početku namera MMDS opsega je bila za distribuciju zemaljskog televizijskog kanala. Pošto je emitovanje zemaljskih televizijskih kanala u VHF (Very High Frekuencы) i UHF (Ultra High Frequency) opsegu postao pretplatnički tokom 1980-ih, tako su televizije i kablovski operateri počeli tražiti alternativna rešenja za zemaljske televizije i video emitovanje. Jedan od najranijih rešenja i jednostavno za korišćenje je bilo televizijski prenos konvencionalnim tehnikama, ali sa mikrotalasnim radio frekvencijama. Iako se MMDS naširoko koristio u nekim zemljama, druge zemlje su se vrlo brzo preselile na emitovanje putem satelita Direct Broadcasting by Satelite (DBS). Pocetni fokus MMDS-a je emitovanje televizije i niz različitih mikrotalasnih opsega dodeljenih u SAD u ranim 1990-im od strane FCC(Federal Communbications Commision) za CARS (cable televizions relay service - usluga kablovska televizije u opsezima 2 GHz, 6 GHz, 12 GHz, 18 GHz i 31 GHz). Međutim, potreba je rasla i javni telekomunikacioni operateri su prepoznali potencijal za korišćenje jedne takve tehnologije za pružanje dvosmerne i interaktivne - 42 -

Bežične mreže za pristup

multimedijalne komunikacije, telefoniju i internet pristup. Tako je došao LMDS (Local Distribution Service - lokalni distributivni servis) na 28 GHz i 40 GHz. Druge srodne tehnologije su MDS (Multipoint Distribution Service) i IFTS (Instructional Fixed Television Service).

4.4. LMDS (Local Distribution Service - lokalni distributivni servis) Pojava LMDS-a je posledica potražnje i brze iscrpljenosti MMDS radio opsega u Sjedinjenim Državama. Višekanalni distributivni širokopojasni signali, zajednički su za oba sistema, ali je raspon LMDS-a manji. Kao rezultat toga, on je samo odgovarao lokalnim prenosima. To ima dve glavne beneficije, viša frekvencija je značila veća dostupna propusnost i drugo, na kraći domet dozvoljava češću upotrbu ponovne frekvencije. Dakle, ukupni kapacitet mreže i brzina bitova po korisniku je nešto veća. Spektar dodijeljen od strane saveza komisije za komunikacije u sjedinjenim državama (FCC) za LMDS je u rasponu između 27,5 GHz i 31,3 GHz (Slika 4.2). Od početka, LMDS je pregledan od strane telekomunikacionih regulativa (u FCC) kao tehnologija koja će omogućiti novim operaterima da budu glavni konkurent za lokalne razmene i usluge kablovske televizije. Zbog velike vrednosti ovog tržišta i ogromnog interesa među operaterima, FCC je izabran na aukciju spektra. LMDS je dat na licitaciju u februaru i martu 1998, ali je reaukcioniran u aprilu i maju 1999. Posebna aukcija održana je u svakoj od 493 regija. Kao rezultat licitacija, unutar svakog od BTA (Basic Trading Areas), ukupno 1300MHz od spektra je dodijeljeno najvišim ponuđačima Opseg strukture grupe A i B su prikazani na slici 4.2. U strukturi, kao što se može videti je pomalo komplikovano (blok A je u rasponu 27,5 - 28,35 GHz, 29,1 - 29,25 GHz i 31,075 - 31,225 GHz; block B 31,000 - 31,075 GHz i 31,225 - 31,300 GHz). Dvosmerni kanal mreža za uplink/downlink nije ograničen, tako da će obim za nesimetrično korišćenje propusnog opsega biti razmešten iz nekoliko razloga. S druge strane, donekle su rascepkane komplikovane alokacije i posao oko dizajna i mrežne opreme. To je usporila implementacije sistema na terenu. B raspodela bi dopustila klasičnu raspodelu frekvencija korišćenjem 150 MHz kao 75 MHz dvosmerno ali je opseg za neke operatere previše ograničen što se tiče propusnosti. Blok A dodela ima mnogo veću ukupnu propusnost, ali je fragmentiran u komade i distribuiran širom opsega između 27,5 GHz i 31,2 GHz. Još jedan problem je primarni status LMDS-a za negeostacionarni mobilni satelit (NGSO-MSS) u opsegu 29,1 - 29,25 GHz. To znači da prenos u ovom konkretnom podpojasnom LMDS-u operatorima će biti zabranjen. Izdata LMDS dozvola je za deset godina. Dozvola mora dokazati `značajnu ulogu na području njihove usluge ', kako ne bi izgubili licencu. Ovaj zahtev je namenjen za podsticanje stvarne mreže razmještaj i sprečavanje potencijalnih spekulacija sa frekvencijama od aukcije ponuđača koji možda nisu imali nameru za stvarnu izgradnju mreže. Jedan od glavnih vlasnika spektra na 28 GHz LMDS opsega u SAD bila je firma Nextlink. Oni očekuju pokretanje velike mreže razmeštanja tokom godine 2000. Veliki interes pokazan u LMDS opsegu i priznavanje velikog potencijala za bežične širokopojasne lokalne petlje tehnologija ima i niz drugih spektar opsega, koji su prethodno bili dodijeljeni operaterima u nekim slučajevima, možda u početku uz nameru fokusiranja na pointto-point komunikacije. Iako ovi opsezi nisu strogo 'LMDS opsezi', proizvođači širokopojasne bežične opreme naginju prilagoditi njihovu tehnologiju za nas u bilo kojem od opsega. Kao rezultat toga pojam LMDS opreme sve više dolazi u razmatranje za širokopojasni bežični pristup. Raspon frekvencija koje se koriste ili se bar planiraju, koriste različiti operatori u - 43 -

Bežične mreže za pristup

Severnoj Americi (24 GHz, 28 GHz, 31 GHz, 39 GHz, 40 GHz). Čak i neki evropski operatori koriste govorni pojam LMDS u saradnji sa evropskim i ETSI (European Telecommunications Standards Institute) standardima baziranih na tačka - više tačaka opsege na 3,5 GHz, 26 GHz i 40 - 42 GHz.

4.5. LMCS (Local Multipoint Communications Szstem - lokalni komunikacioni sistem) LMCS neki ljudi doživljavaju kao kanadsku verziju LMDS-a. Istina je da je LMCS, kao i LMDS, takođe zemaljski mikrotalasni sistem dizajniran za radio pretplatnički-TV, Internet pristup, videokonferenciju i ostale multimedijalne aplikacije, ali je nepravedano da se zove LMCS kanadska verzija LMDS, jer LMCS uveliko prethodi LMDS u SAD-u. Kao rezultat diskusija izdatih u Kanadskim novinama u decembru 1994, postupak dodele propusnosti za LMCS je započet. Nakon licitacija tokom 1996 broj LMCS operatori je porastao. Za opseg koji se koristi od 25.25 - 27.5 GHz je potrbna dozvola.

4.6. DAVIC (Digital Audio-Visal Council) protokol LMCS spektar je nastao u Kanadi tokom 1996 od US LMDS, Digital Audio-Visal Council (DAVIC) osnovan je u korist uspeha u nastajanju digitalnih audio-vizuelni programa i usluga, uz pravovremenu dostupnost međunarodno dogovorene specifikacije otvorenih interfejsa i protokola koji maksimizuju međuoperabilnost širom zemlje. Članstvo je otvoreno za bilo koje zainteresovane organizacije koje sebe deklarišu individualno i kolektivno su otvorili takmičenje za razvoj digitalnih audio-vizuelnih proizvoda, tehnologija i usluga. DAVIC je izdao niz specifikacija (DAVIC 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 i 1.5). Prvobitne verzije, DAVIC 1.0, je najčešće razmeštena verzija danas, dizajniran je tako da podržava sledeće programe putem MMDS ili LMDS sistema:         

TV distribuciju; video na zahtev; osnovnu televizijsku kupovinu. U kasnijim verzijama DAVIC-a su dodate sledeće funkcionalnosti: PSTN/ISDN i pristup internetu (DAVIC 1.1); 3D grafika, virtualna stvarnost, zaštita autorskih prava (DAVIC 1.2); Igre za više igrača i mobilnost (DAVIC 1.3, objavljeno septembra 1997). upravljanje arhitekturama i protokolima (DAVIC 1.4, objavljeno juna 1998); DAVIC 1.5, objavljeno aprila 1999.

- 44 -

Bežične mreže za pristup Tabela 4.1. Struktura i klasifikacija DAVIC 1.0 specifikacije

Kao i drugi moderni protokoli, protocol DAVIC je osmišljen kao niz slojeva, funkcija i podsistema. U tablici 4.1 su prikazane strukture i klasifikacije DAVIC 1.0 protokola. Potencijalni protokoli koji bi se mogli takmičiti sa DAVIC protokolima za širokopojasni bežični pristup mrežama su protokoli razvijeni od IEEE-a (Institut inženjera za elektrotehniku i elektroniku). Posebno, 802.11 i 802.16 mogu iznenaditi standarde DAVIC. Drugi potencijalni protokol je standard koji je razvijen za širokopojasne lokalne petlje žične tehnologije (npr. za ADSL, nesimetrična digitalna pretplatnička linija).

4.7. MVDS (Multipoint Video Distribution System - sistem za video distribuciju više tačaka) MVDS je sličan MMDS-u i LMDS-u, te je takođe mikrotalasni bežični distributivni sistem dizajniran za pretplatnički-TV, video i interaktivno emitovanje usluga. Tehnički standardi projektovani za MVDS su nazvani DVB (Digital Video Broadcasting) standardima pripremljeni od strane ETSI (Evropski institut za telekomunikacione norme). Jedan od najvažnijih je standard EN 300 748. U principu, standardi dozvoljavaju rad MVDS sistema u bilo kojem od opsega između 2.5 GHz i 40 GHz, pri čemu su sa standardima razdvojeni u DVB-MC paketu za frekvencije ispod 10 GHz (dizajniran za korišćenje kablovske-TV mreže) i DVB-MS paket dizajniran za zemaljske mikrotalasne (MVDS) ili satelitske distribucije. Tipično za Evropske zemlje je korišćenje opsega - 45 -

Bežične mreže za pristup

na 40 GHz (40.5 GHz do 42.5 GHz) za MVDS. Od ukupnog propusnog opsega od 2 GHz, 100 MHz koristi se za uplink ili povratni kanal. Većina dostupnih spektara se koristi u smer za emitovanje videa, interneta ili drugih interaktivnih informacija.

4.8. Point-to-multipoint (tačka-više tačaka) U Evropi , kao i u drugim regijama po ETSI standardima (Australija, Afrika, Bliski Istok i u nekim delovima Južne Amerike i Azije) tačka-više tačaka ili širokopojasni tačka - više tačaka tehnologija je više od uobičajene Američke ekvivalentne tehnologije LMDS, iako pojam LMDS se ponekad koristi kao sleng izraz za pokrivanje obe vrste tehnologija i radio standarda. Evropskom tržištu je relativno ograničen propusni opseg mreže za svakog operatera. U početku, širina propusnog opsega je bila dostupna u nekoliko zemalja u raznim opsezima između 1 GHz i 4 GHz posebno za bežičnu lokalnu petlju (WLL), pristup ISDN mrežama i pratećim uslugama. Međutim, uspeh raznih usluga uveliko je varirao od države do države. U onim zemljama gde su lokalizovani WLL sistemi kao i pružanje javnih telefonskih usluga, mreže su bile sklone uspehu i ekonomski održive. Mnogo početnih napora je bilo uloženo na pružanje telefonskih usluga za pokrivanje ruralnih i udaljenih područja. Nakon toga, mnogi operatori su takođe prepoznali potencijal boljeg poslovanja u prigradskim i gradskim područjima u kojima je veća gustina stanovnika i veći broj klijenata može biti serviran uz manji broj baznih stanica za manja ulaganja. Neki od najuspešnijih mreža su u istočnoj Evropi, Ceylon i Philippines. To su zemlje gde je broj telefona po glavi stanovnika tada bio izuzetno nizak. Kablovska infrastruktura je bila jako loša. U razvijenim zemljama, WLL je ograničen na jednostavnu telefonsku uslugu ili Basic Rate ISDN. Verovatno ključ neuspeha jednostavnih telefonskih i ISDN-based WLL sistema u zapadnoj Evropi se nalazi u relativno skupljem bežičnom rešenju u odnosu na žičanu alternativu. Problem je u tome što mikrotalasni radio spektar svakog pretplatničkog terminala košta čak nekoliko hiljada američkih dolara. Kada se ovaj trošak svede na jednog korisnika domaćinstva sa jednom telefonskom linijom, to nije ekonomski isplatljivo. Trošak se za pretplatnički terminal povećava samo malo, čak i ako su mnogo veće bitske brzine od recimo, 8Mbit/s, 16 Mbit/s ili čak i veće koje su ponuđene krajnjim kupcima, tako da se potencijalni poslovni prihodi mogu veoma povećati bez povećanja troškova. Kao rezultat toga, došlo je do ogromnog sukoba interesa među bežičnim mrežnim operaterima u zapadnoj Evropi koji nude širokopojasni pristup mreži (multimedijalne, govorne, ISDN, internet i interaktivne usluge). Širokopojasni tačka - više tačaka sistem je rođen!

4.9. Širokopojasni tačka - više tačaka sistem Oprema za tačka - više tačaka pristup Različiti proizvođači imaju različite opreme s obzirom na mrežnu arhitekturu i modulacione tehnike. Šta više konzervativni proizvođači su skloni ponuditi sisteme koji predstavljaju jedanna-jedan 'zamenu za žičanu strukturu'. Pristup tačka - više tačaka sistemu je (slika 4.3), sa bitskim brzinama korisnićkog kanala od 64 Kbit/s ili višestruko (n x 64 Kbit/s), do klasične E1 i T1 brzine od 1.5 Mbit/s (Severna Amerika i Japan) i 2 Mbit/s (Evropa, Afrika, Južna Amerika, delovi Azije).

- 46 -

Bežične mreže za pristup

Slika 4.3. Klasična konekcija tačka - više tačaka pristupa

Bosch Telecom, je jedan od glavnih svetskih proizvođača telekomunikacione prenosne opreme. Kao iskusan radio proizvođač Bosch (sada deo Marconi) bio u mogućnosti to ponovo iskoristi tehnologiju prethodno razvijenu za satelitske sisteme i da iskoristi neke od prednosti korišćenja FDMA tehnologije (nad TDMA ili CDMA):  

Mogućnost korišćenja vrlo oštrog spektra maske . Mogućnost podešavanja modulacije koja se koriste za pojedinačne veze (npr. radio kanala), omogućujući time višu modulaciju koja se koristi, gde je moguće da se poveća broj bitova/s po Hertz.

Uopšteno oštriji spektar maske FDMA (slika 4.4a) u poređenju sa bilo TDMA i CDMA (npr. slika 4.4b) znači da je moguće koristiti i susedni kanal (tj. sledeće susedne radio frekvencije) u istoj geografskoj regiji ili sektoru. To očito ima prednosti za efikasnu ponovnu upotrebu radio spektra. Zapravo, koliuko oštar spektar maske je ostvaren u praksi zavisi od tačnosti i oscilatora (frekventni kanali centra moraju biti precizni i stabilni tokom dugog perioda u suprotnom će biti preklapanja, slika 4.4c). Međutim, ako postoji preklapanje, FDMA sistem bi se koristitio za dinamičke smetnje algoritma i jednostavno bi smo se mogli odlučiti da ne koristimo taj deo spektra koji je podložan smetnji (slika 4.4d).

- 47 -

Bežične mreže za pristup

Slika 4.4. Maska spektra FDMA sistema

Kao što pokazuje slika 4.5 FDMA podelu radio spektra u nekoliko odvojenih kanala, svaka od kojih se koristi na point-to-point osnovi. Tehnika nam omogućava alociranje radio spektra svakog korisničkog zahteva. The multiple-point-to-point priroda sistema takođe omogućava da podesite modulaciju koja se koristi na kanalu kako bi se postigla maksimalna brzina bits/sec po Hertz. Budući da je pojedinačni pod-kanal označen zasebno za svaki port svaki poziv je uspostavljen i sistem mogu da koriste samo radio stanice koje su bez smetnje. To je način na koji se redukcija maske (slika 4.4c) može izvršiti, a tokom vremena se menjaju kao propagacijski uslovi.

- 48 -

Bežične mreže za pristup

Slika 4.5. Raspodela spektra u FDMA

Nedostatak modulacije koja se koristi za svaki pojedini kanal sa jednog poziva na drugi je da se osetljivost na smetnje sistema razlikuje od jednog poziva do drugog. Kao posledica toga, planiranje radio mreže je mnogo složenije. Za ublažavanje ovog problema, proizvođači opreme takođe sprovode različite oblike algoritamskih smetnji. To povećava kompleksnost i troškove sistema a i nije uvek pouzdan. Nedostatak više-tačkaka-tačka pristupa leži u neefikasnosti mrežne arhitekture. Iako je funkcija koncentrisana za glasovne usluge (V5.2 interface) može se realizovati dodavanjem osnovne prekidačke funkcionalnosti na osnovnu stanicu (slika 4.3). FDMA ili višestruka tačka - tačka arhitektura je najbolja za direktnu žičanu zamenu za simetrični prenos (dupleks komunikacija, tj ona sa jednakim prenosom u upinku i downlinku). Većina proizvođača za sirokopojasne bežične sisteme koji su izabrani za razvoj temelje se na TDMA tehnologiji ali postoje i brojni sistemi koji su izabrali FDMA. Oni uključuju prvu verziju Nortel's Reunion sistem, Floware's Walkair sistem (TDMA, ali uglavnom u prirodi MPP), Alcatelov 9800 i P-COM-ov tačka-više tačaka sistem. Ovi sistemi pokušavaju iskoristiti sposobnost MPP sistema za podršku vrlo visoke modulacije, a time i za postizanje vrlo visokih bitskih brzina krajnjih kupaca. Uvođenje ATM i IP transporta - za efikasniji prenos multimedijalnih servisa Proizvođači opreme koji su ušli na tržište za point-to-multipoint LMDS ili širokopojasni bežični pristup u poslednjih nekoliko godina su skloni da se fokusiraju na specijalne potrebe prenosa podataka visokom bitskom brzinom i za pristup mreži multimedijalnih rešenja. Generalno, usvojen je pristup za osnovni-TDMA (ili nesinhroni) prenos podataka, što je omogućeno putem ATM (Asynchronous Transfer Mode - vremenski neusklađeni način prenosa) ili IP (Internet Protocol). Taj pristup je posebno je efikasan za:  Prenos multimedije.  Prenos nesimetrične komunikacije (one u kojima je stvarni prenos uglavnom samo u jednom smeru u isto vreme. Veb stranice ne zahtevaju uplink kapacitet tokom preuzimanja, tokom telefonskih razgovora jer većinu vremena samo jedna osoba govori u isto vreme) . - 49 -

Bežične mreže za pristup

 

Prebukiranje radio kapaciteta, omogućava visoku efikasnost korišćenja radio spektra. Povećanje broja korisnika koji mogu biti spojeni istovremeno na širokopojasne bežične pristupne mreže za usluge prenosa podataka u istom radio spektru. (To se postiže tzv. prividnom vezom, koja zauzima samo stvarne opsege spektra kada postoji stvarni korisnik koji prenosi informacije).

Slika 4.6. Korišćenje ATM/TDMA u Netro AirStar

U zadnje vreme, veliki broj drugih firmi su počeli razvijati slične proizvode na osnovu ATM /TDMA ili IP/TDMA. Npr. Alcatel 9900 (Evolium), Nortel Reunion, Newbridge/Stenford Telecom, Adaptive Broadband i Ensemble. Osim toga, Lucent OnDemand i Siemens SRA MP sistem zasnivaju se na Netro's AirStar. Slika 4.6 ilustruje kako je ATM/TDMA pristup korišćen u Netro (u njihovim AirStar sistemima) da biste dopustili 7 MHz radio stanice (potporni 8 Mbit / a) kapaciteta u okviru sektora bazne stanice se dele među različitim kupcima za simultano i efikasno pružanje različitih vrsta usluga. Slika 4.6 ilustruje tri vrste korisnika i deljenje jednog 8 Mbit/s sektora radio kanala. Prvi korisnik (prikazano na dnu) ima 2 Mbit/s konstantne brzine (CBR). Alternativno, može biti veliki broj klijenata svi po n x 64 Kbit/s iznajmljujućeg tipa veze. Drugi tip klijenata koristi ISDN usluge. Za ove korisnike, pojedinačne brzine su 64 Kbit/s Preostali kapacitet koji se razlikuje između 4 i 6 Mbit/s je podeljen između broja podataka i korisnika Interneta. Svaki od tih klijenata povremeno šalje podatke najvećom brzinom od oko 3 Mbit/s, ali je statistički brzina bitova uvek manja od raspoložive brzine (tako da možemo provući tri puta 3 Mbit/s u 5 Mbit/s). Među ostalim proizvodima, Ensemble pokušava preuzeti TDMA i paketno-based interface pristup vazduha jedan korak dalje, uz takođe encorporating multipleksirajući vremenskom raspodjelom. Korišćenjem TDD, ansambl ima za cilj ne samo da može statistički multipleks uzvodno i nizvodno trafo ® c frekvencijska podela na zasebne dupleks ali i da može ponovo dodeliti radio spektra dinamički. To bi moglo omogućiti, na primer, radio spektar koji će se koristiti za kratko razdoblje bilo za uplink ili downlink prenos, što zavisi od potrebe klijenata. Širokopojasni CDMA (Wideband-CDMA) CDMA je efikasan postupak raspršenja spektra koja omogućava vrlo pouzdan prenos i visoke tolerancije protiv fedinga uzrokovane signal smetnje. To će biti osnova za treće generacije GSM, - 50 -

Bežične mreže za pristup

tzv UMTS (Universal Mobile Telephone Service), koji je težio usklađivanju podataka i internet usluga za korisnike mobilne telefonije. Tehnika, međutim, nije široko ponuđena za širokopojasne usluge, jer njegova efikasna upotreba zavisi od velikog faktora raspršenja. Nosi velike brzine unutar radio spektra, relativno ograničen propusni opseg ne dozvoljava veliki faktor raspršenja!

4.10. BRAN (Broadband Radio Access Netuorks) ETSI je do sada bila relativno neaktivna u razvoju širokopojasnog bežičnog pristupa (uglavnom zauzeta sa 'sirovim' radio aspektima standardizacije - spektrima maske itd. Međutim, ovaj pristup je nedavno promenjen od pokretanja novog projekta pod nazivom standardizacija širokopojasne pristupne mreže Broadband Access Networks (BRAN). Cilj je da pobljša radio pristupna mreža ne samo zbog glasa i ISDN nego i za velike brzine dolazećih podataka i multimedijalnih usluga. Uslovi tog projekta zahtevaju oba spoja i paketno orijentisane protokole prenosa (uključujući i ATM i IP adrese koji će biti podržani). Dva glavna cilja u novom projektu grupe (osnovan 1997) su:   

Proizvesti specifikaciju za novu vrstu kvalitetne javne radio pristupne mreža sa pozivom na HIPERACCESS . Proizvoditi i dalje razvijati standarde za visok kvalitet privatnih (i javnih) radio pristupnih mreža zasnovane na postojećim HIPERLAN i novim HIPERLAN/2 standardima. HIPERACCESS je relativno dugodometni sistem namenjen za velike brzine (> 36 Mbit/s) od tačke do više tačaka pristup mrežama za povezivanje stambenih objekata i male poslovne korisnike na širok opseg javnih telekomunikacionih mreža, uključujući i UMTS, ATM i IPbased mrežama. Spektar dodele za takve veze su trenutni predmet studiranja unutar CEPT (Evropska konferencija za poštu i telekomunikacije).

HIPERLAN/2 je namenjen za dalji razvoj HIPERLAN-a, dizajniran da bude kratkog dometa i da bude komplementaran mehanizmu za javnost UMTS mrežama, kao i za pružanje privatnog bežičnog LAN sistema. Namera je da radi na 5 GHz, i nudi velike brzine (36 Mbit/s) pristup UMTS-, ATM i IP-based mrežama. Osim toga, putem sistema koji se zove HIPERLINK daje visoku brzinu od interkonekcije HIPERLAN i HIPERACCESS mrežama u opsegu od 17 GHz. Razvijen je na standardizovanom fizičkom sloju, kao i Data Link Control (DLC) sloj. To treba da se poštuje koliko god je moguće, i da bude koherentna sa prethodnim npr. ATM Forum, Wireless LAN IEEE 802.11, 802.16 i 802 N-WEST, kao i Internet Engineering Task Force (IETF). BRAN projekat se očekuje krajem 1999 (HIPERLAN/2) i početkom 2000 (HIPERACCESS), ali to će malo potrajati dok opreme zadovolje standarde i stabilan rad.

4.11. Budućnost - veće iskorišćavanje kapaciteta ograničenog spektra Šta će biti budućnost za širokopojasni bežični sistem? Bez sumnje, sve više kupaca će nastaviti sve veću potražnju za veće bitske brzine. Pa kako će ti se ostvariti, s obzirom da su resursi radio spektra ograničeni? Jednom ili kombinacijom sledećih tri različitih mera. Raspravljali smo o svakoj od njih u nekoliko navrata tokom ove knjige.  

Preseljenje u novi, nekorićeni opseg visoke frekvencije (tu je, na primer, pokret u Evropi za početak licenciranja opsega od 40 GHz do 60 GHz). Upošljavanjem više modulacije dobija se više bita/s po Hertz od spektra. Potrebu da se izbegne interferencija zahteva dodatno korišćenje više selektivnih antena. - 51 -

Bežične mreže za pristup



Korišćenjem više selektivnih antena tehnologije. To mogu biti od pomoći uži sektori uglova (tj povećanje sektrizacije od bazne stanice pomoću usmerenih antena.

- 52 -