Источник неизвестен

---

Беспроводные линии связи: общая информация

В беспроводных линиях связи передача информации осуществляется на основе распространения электромагнитных колебаний. В табл. 1 приведены сведения о диапазонах частот электромагнитных колебаний, используемых в беспроводных и оптических каналах связи.

Чем выше рабочая частота, тем больше емкость (число каналов) системы связи, но тем меньше предельные расстояния, на которых возможна прямая передача между двумя пунктами без ретрансляторов. Первая из причин и порождает тенденцию к освоению новых более высокочастотных диапазонов.

Радиоканалы входят необходимой составной частью в спутниковые и радиорелейные системы связи, применяемые в территориальных сетях, в сотовые системы мобильной связи, они используются в качестве альтернативы кабельным системам в локальных сетях и при объединении сетей отдельных офисов и предприятий в корпоративные сети. Во многих случаях применение радиоканалов оказывается более дешевым решением по сравнению с другими вариантами.

Таблица 1

 

Диапазон	Длины волн, м	Частоты, ГГц	Применение
Дециметровый	1..0,1	0,3..3	Сотовые радиотелефоны, ТВ, спутниковая связь, РК в ЛВС*
Сантиметровый	0,1..0,01	3..30	Радиорелейные линии, РК в ЛВС, спутниковая связь
Миллиметровый	0,01. .0,001	30..300	РК в ЛВС
Инфракрасный	0,001.. 7,5* 10'7	3*102..4*105	ВОЛС, WDM**
Видимый свет	(7,5...4,0)*10-7	(4,0...7,5)*105
*) РК в ЛВС - радиоканалы в локальных сетях и системах связи; **) WDM - мультиплексирование с разделением каналов по длинам волн.

В территориальных сетях на региональном уровне часто используются радиорелейные линии связи (коммутация каналов, диапазон частот 15...23 ГГц, связь в пределах прямой видимости, что ограничивает дальность между соседними станциями - до 50 км (при условии размещения антенн на строениях типа башен). Последовательность станций, являющихся ретрансляторами, позволяет передавать информацию на значительные расстояния.

Радиосвязь используется в корпоративных и локальных сетях, если затруднена прокладка других каналов связи. Радиоканал либо выполняет роль моста между подсетями (двухточечное соединение), либо является общей средой передачи данных в ЛВС по излагаемому далее методу МДКН/ОК (см. гл. 4), либо служит соединением между центральным и терминальными узлами в сети с централизованным управлением.

В первом случае (связь двух сетей) имеем двухточечное соединение с направленными антеннами, дальность в пределах прямой видимости (обычно до 15-20 км с расположением антенн на крышах зданий). Мост имеет два адаптера: один для формирования сигналов для радиоканала, другой - для кабельной подсети.

В случае использования радиоканала в качестве общей среды передачи данных в ЛВС сеть называют RadioEthernet (стандарт ШЕЕ 802.11), она обычно используется внутри зданий. В состав аппаратуры входят приемопередатчики и антенны. Связь осуществляется на частотах от одного до нескольких гигагерц. Расстояния между узлами - несколько десятков метров.

В соответствии со стандартом IEEE 802/11 возможны два способа передачи двоичной информации в ЛВС, оба они имеют целью обеспечить защиту информации от нежелательного доступа.

Первый способ нзывается методом прямой последовательности (DSSS - Direct Sequence Spread Spectrum). В нем вводится избыточность - каждый бит данных представляется последовательностью из 11 элементов ("чипов"). Эта последовательность создается по алгоритму, известному участникам связи, и потому может быть дешифрирована при приеме. Избыточность повышает помехоустойчивость, что позволяет снизить требования к мощности передатчика, а для сохранения высокой скорости нужно расширять полосу пропускания.

Второй способ - метод частотных скачков (FHSS - Frequency Hopping Spread Spectrum). В этом методе полоса пропускания делится на 79 поддиапазонов. Передатчик периодически (с шагом 20...400 мс) переключается на новый поддиапазон, причем алгоритм изменения частот известен только участникам связи и может изменяться, что и затрудняет несанкционированный доступ к данным.

В варианте использования радиоканалов для связи центрального и периферийного узлов центральный пункт имеет ненаправленную антенну, а терминальные пункты при этом используют направленные антенны. Дальность связи составляет также десятки метров, а вне помещений - сотни метров. Пример многоточечной системы: ненаправленная антенна по горизонтали, угол 30 градусов по вертикали, 5,8 ГГц - к терминалам, 2,4 ГГц - к центральному узлу, до 62 терминалов, дальность - 80 м без прямой видимости. В системе RoomAbout связь на частоте 920 МГц гарантируется на расстоянии в 120 метров, предусмотрена защита от перехвата информации.

В условиях высоких уровней электромагнитных помех иногда используют инфракрасные каналы связи. В последнее время их стали применять не только в цехах, но и в офисах, где лучи можно направлять над перегородками помещения.

В оборудование беспроводных каналов ПД входят:

1.  Сетевые адаптеры и радиомодемы, поставляемые вместе с комнатными антеннами и драйверами.
Различаются   способами   обработки    сигналов,    характеризуются   частотой   передачи,    пропускной
способностью, дальностью связи.

Сетевой адаптер вставляется в свободный разъем шины компьютера. Радиомодем подключается к цифровому ООД через стандартный интерфейс.

2.       Радиомосты используются для объединения между собой кабельных сегментов и отдельных ЛВС в
пределах прямой видимости и для организации магистральных каналов в опорных сетях, выполняют
ретрансляцию и фильтрацию пакетов.

3.   Направленные и ненаправленные антенны, антенные усилители, и вспомогательное оборудование типа
кабелей, полосовых фильтров, грозозащитников и т.п.

Системы мобильной связи.

Системы мобильной связи осуществляют передачу информации между пунктами, один из них или оба являются подвижными. Характерным признаком систем мобильной связи является применение радиоканала. К технологиям мобильной связи относятся пейджинг, твейджинг, сотовая телефония, транкинг, для мобильной связи используются также спутниковые каналы.

Пейджинг - система односторонней связи, при которой передаваемое сообщение поступает на пейджер пользователя, извещая его о необходимости предпринять то или действие или просто информируя его о тех или иных текущих событиях. Это наиболее дешевый вид мобильной связи.

Твейджинг - это двухстронний пейджинг. В отличие от пейджинга возможно подтверждение получения сообщения и даже проведение некоторого подобия диалога.

Сотовые технологии обеспечивают телефонную связь между подвижными абонентами (ячейками). Связь осуществляется через посредство базовых (стационарных) станций, выполняющих коммутирующие функции.

Одна из первых систем сотовой связи NMT-450 появилась в Скандинавии (NMT - Nordic Mobile Telephone). В России она развивается с 1991 г., на ее базе создана федеральная сеть сотовой связи СОТЕЛ.

NMT-450 - система аналоговая, работающая в частотном диапазоне 453-468 МГц. Сравнительно низкие частоты обусловливают повышенную дальность прямой связи ( несколько десятков километров до подвижного объекта от базовой станции) и потому в России с ее большой территорией эта система получила широкое распространение в районах с невысокой плотностью населения. Однако на этих частотах слабее помехоустойчивость, труднее выполнить защиту от подслушивания и, как уже сказано выше, остро ощущается дефицит числа каналов.

Поэтому в городах в настоящее время более распространены цифровые системы сотовой связи.

Диапазон скоростей в цифровых системах сотовой связи довольно широк - от 19,2 кбит/с (в американском стандарте CDPD - Cellular Digital Packet Data) до 1,23 Мбит/с (в другом стандарте CDMA - Code Division Multiple Access). Типичный радиус действия 10...12 км. Доступ к радиоканалу осуществляется одним из следующих способов.

1.      Случайный доступ (метод Алоха, назван так в связи с первым применением метода для связи между
группой Гавайских островов). Применяется только при малых нагрузках. Его развитием стал метод
МДКН/ОК, используемый в локальных и корпоративных сетях.

2.      Технология CDMA - выделение для каждого абонента своей кодовой комбинации, которой кодируются
символы  1  и 0 передаваемых сообщений. Фактически это метод DSSS, рассмотренный выше. Это
широкополосная технология с возможностью одновременной передачи в отведенной полосе частот
нескольких сообщений с различными кодами символов.

3.      Технология TDMA (Time Division Multiple Access) - временное мультиплексирование с выделением
слота по требованию. Требования отсылаются в короткие интервалы времени (слоты запросов), при
коллизиях запросы повторяются. Базовая станция выделяет свободные информационные слоты, сообщая
их источнику и получателю.

Разработано несколько стандартов мобильной связи.

Одна из концепций передачи данных по сотовой технологии зафиксирована в стандарте CDPD, разработанном в 1993 г. В соответствии с ней по сотовой связи осуществляется передача телефонных разговоров с вставкой в паузы передаваемых пакетов данных. Оборудование ячейки - портативный компьютер с модемом. Для уменьшения потребления энергии от источника питания используется "спящий" режим, в котором включен только приемный блок, распознающий адрес. При передаче данные сжимаются (по протоколу V.42bis) и шифруются. Возможно использование клиентской программы электронной почты (например, RadioMail). Если ячейка имеет IP-адрес для связи с сетью Internet, то дополнительно можно использовать протокол FTP этой сети для пересылки файлов. Сигналы от ячеек принимаются стационарным узлом, имеющим приемопередающую аппаратуру и антенну.

В европейском стандарте цифровой беспроводной связи DECT применено временное мультиплексирование. Базовая станция имеет 10 несущих частот с 24 ячейками (слотами) на каждой из них (т.е. одновременно используются и FDM, и TDM). Предусмотрены автоматический поиск свободного

Одной из наиболее широко распространенных технологий мобильной связи (в том числе и в России) является технология, соответствующая стандарту для цифровых сетей сотовой связи GSM (Global System for Mobile Communications), основанному на TDMA. GSM может поддерживать интенсивный трафик (270 кбит/с), обеспечивает роуминг (т.е. автоматическое отслеживание перехода мобильного пользователя из одной соты в другую), допускает интеграцию речи и данных и связь с сетями общего пользования. Используются разновидности: сотовая связь GSM-900 в частотном диапазоне 900 МГц (более точно 890-960 МГц), и микросотовая связь GSM-1800 (DCS-1800) в диапазоне 1800 МГц (1710-1880 МГц). Название микросотовая обусловлено большим затуханием и, следовательно, меньшей площадью соты. Однако увеличение числа каналов выгодно при высокой плотности абонентов. Мощность излучения мобильных телефонов - 1-2 Вт.

Архитектура GSM-системы аналогична архитектуре, показанной на рисунке. В каждой соте действует базовая станция BTS (Base Transciever Station), обеспечивающая прием и передачу радиосигналов абонентам. BTS имеет диапазон частот, отличный от диапазонов соседних сот. Мобильная ячейка прослушивает соседние BTS и сообщает контроллеру базовых станций (BSC - Base Station Controller) сведения о качестве приема с тем, чтобы BSC мог своевременно переключить ячейку на нужную BTS. Центр коммутации (MSC - Mobile services Switching Centre) осуществляет коммутацию и маршрутизацию, направляя вызовы нужному абоненту, в том числе во внешние сети общего пользования. В базе данных хранятся сведения о местоположении пользователей, технических характеристиках мобильных станций, данные для идентификации пользователей.

В перспективе предполагается использовать широкополосный B-ISDN на основе стандарта UMTS (Universal Mobile Telecommunication Systems) с глобальным роумингом.

В настоящее время (2000 г.) в России лидерами среди операторов связи являются Вымпелком и МТС. МТС эксплуатирует оба частотных диапазона - 900 и 1800 МГц (например, 890-915 МГц - прямые каналы от BTS к абонентам и 935-960 - обратные каналы). Один канал занимает полосу около 0,2 МГц. МТС имеет 73 пары частот, Вымпелком - 33 пары в диапазоне 900 МГц.

Мобильная связь для предприятий (т.е. ведомственная или профессиональная) может отличаться от сотовой связи индивидуальных пользователей. Такую ведомственную связь называют транкинговой (или транковой). Для транкинговой связи характерны следующие особенности:

•          связь внутри некоторой группы (бригады) и групповой вызов от центра ко всем членам группы;

•          наличие приоритетности;

•          скорость соединения должна быть выше, чем в обычных сотовых системах;

•          возможность выхода в телефонную сеть общего пользования имеет меньшее значение, во многих
случаях она вообще может отсутствовать;

•    преимущественная передача данных, в некоторых случаях голосовая связь не нужна; чаще используется полудуплексная передача.

В результате растет оперативность связи при уменьшенной цене.

Наиболее распространены два протокола транкинговой связи: аналоговый МРТ-1327 и цифровой TETRA.

В иерархической структуре системы транкинговой связи используются базовые станции (BS) и центры коммутации (DXT). BS обслуживает одну зону и имеет от одной до нескольких несущих частот, отличных от частот соседних зон. В TETRA применяется метод TDMA с несколькими слотами на каждой из несущих. Так, в системе TETRA Nokia используется 64 несущих и 256 радиоканалов. В системах, работающих по протоколу МРТ-1327, обычно используется несколько частотных поддиапазонов в пределах 80-800 МГц с выделением каналов шириной в 12,5 кГц. Очевидно, что чем меньше частота, тем больше площадь охватываемой зоны, но меньше число каналов.