Широкополосная модуляция

представляет собой широко применяемый метод разбиения информации перед беспроводной передачей на управляемые фрагменты. Расширение спектра частот было изобретено киноактрисой Хедди Ламар (Heddy Lamar), которая до сих пор владеет патентом на данное изобретение и сравнительно недавно получила за это правительственную награду.

По существу, широкополосная модуляция сводится к разделению передаваемой информации по нескольким радиоканалам с разными частотами. Обычно таких частот около 70, и информация передается по всем или большинству из них, а затем на принимающем конце радиосистемы демодулируется или объединяется.

Используются два типа широкополосной модуляции:

•      метод прямой последовательности (direct sequence spread spectrum — DSSS);

•      метод частотных скачков (frequency hopping spread spectrum — FHSS).

Модуляция DSSS обеспечивает более высокие скорости передачи, вплоть до 11 Мбит/с. В системах FHSS достигаются скорости до 3 Мбит/с. Поскольку FHSS использует метод частотных скачков, в этом случае большее количество индивидуальных систем могут сосуществовать в одной области не создавая помех друг для друга. Однако системы, использующие метод прямой последовательности, более устойчивы по отношению к местным помехам. При одном и том же уровне мощности передатчика системы DSSS имеют меньший уровень мощности по спектральной плоскости. Это означает, что одна и та же мощность излучается в более широком диапазоне частот, что в целом ослабляет влияние помех от других локальных систем, использующих тот же диапазон частот.

Для пояснения сути широкополосной модуляции ее часто сравнивают с грузом, который на станции равномерно распределяется по нескольким поездам, отправляющимся в одно и то же время, а по прибытии поездов на место снова объединяется. При этом фрагменты часто дублируются, так что в случае искажения или потери при передаче избыточность, свойственная данной архитектуре, делает такой канал передачи данных более надежным.

методом прямой последовательности (DSSS) отличается невысокой сложностью и не требует выравнивания. Обычно используется узкополосный QPSK-сигнал, который умножается (или распространяется) на гораздо более широкий спектр частот. Требуемая ширина спектра рассчитывается по формуле 10 (SNR / 10) х скорость передачи узкополосного сигнала.

Например, если SNR составляет 20 дБ, то для получения приемлемого уровня BER общая ширина спектра, необходимая для передачи цифрового сигнала со скоростью 6 Мбит/с, составляет 600 МГц.

Таким образом, эта технология не очень эффективно использует полосу пропускания. Кроме того, скорость дискретизации на приемнике должна быть примерно в 100 раз больше скорости передачи данных. Следовательно, для рассматриваемой гипотетической системы скорость дискретизации должна составлять 600 миллионов квантов в секунду.

При использовании DSSS все "поезда" отправляются по очереди, начиная с "поезда" №1 и заканчивая "поездом" № N (количество "поездов" соответствует числу каналов в широкополосной системе). В архитектуре DSSS все " поезда" всегда отправляются в одном и том же порядке, хотя количество " железнодорожных путей" может составлять сотен и даже тысяч.

Множественный доступ с кодовым разделением каналов (Code Division Multiple Access — CDMA) обеспечивает возможность нескольких передач одновременно. Каждый поток данных умножается на псевдослучайный шумоподобный код (pseudorandom noise code — PN code). Все абоненты системы CDMA используют одну и ту же полосу частот. Каждый сигнал распространяется по нему поверх предыдущего и накладывается на него посредством распространения кода в одном и том же временном промежутке. Переданный сигнал восстанавливается с помощью PN-кода.

Данные, переданные другими абонентами, воспринимаются как "белый шум" и отбрасываются при приеме. Любой узкополосный шум в процессе восстановления сигнала размывается. Преимуществом технологии CMDA является возможность использования одной полосы частот для всех абонентов. Однако в системах с несколькими передатчиками и приемниками необходим точный контроль мощности, чтобы ни один из абонентов не заглушал других на этой частоте. Такой контроль мощности является основным ограничением CMDA-архитектур.

Системы FHSS

В архитектуре широкополосной модуляции методом частотных скачков (Frequency Hopping Spread Spectrum — FHSS) " поезда" отправляются беспорядочно, а не один за другим, т.е. начиная с "поезда" №1 и заканачивая "поездом" N. В лучших системах FHSS "поезда", у которых по пути встретились помехи, не отправляются повторно до тех пор, пока помехи не ослабнут. Другими словами, некоторые каналы (частоты) не используются до уменьшения интенсивности помех.

Обычно помехи захватывают сразу несколько каналов. Поэтому системы DSSS имеют тенденцию терять больше данных от помех при передаче по последовательным каналам. Системы FHSS "перепрыгивают" между каналами в произвольном порядке. Лучшие из них позволяют определить наиболее зашумленные каналы и избегают их использования при передаче данных, что обеспечивает очень низкую частоту битовых ошибок. Выбор конкретного подхода определяется требованиями заказчика. В основном это ограничения по наложению сигналов и радиочастотное окружение.

Системы FDM

В системах с частотным уплотнением (Frequency-Division Multiplexing — FDM) существующая полоса частот делится на несколько подканалов, среди которых распределяются передаваемые данные. Поскольку каждый подканал обрабатывается независимо от других, вокруг него создается защитная частотная полоса. Наличие такой защитной полосы снижает эффективность использования частотного диапазона. В некоторых FDM-системах до 50% полосы пропускания тратится впустую. В большинстве FDM-систем каждый абонент "привязывается " к своему подканалу, из-за чего скорость передачи данных не может превышать емкости этого подканала. Даже если некоторые подканалы свободны, их полоса частот не может использоваться другими подканалами.

Системы OFDM

В системах ортогонального мультиплексирования с делением частоты (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing — OFDM), как и в системах FDM, диапазон частот делится на несколько подканалов или тонов, по которым передаются данные (рис. 20.13). Однако в системах OFDM каждый тон рассматривается как ортогональный (независимый, несвязанный) по отношению к соседним, и, таким образом, не требующий защитной полосы частот. Поскольку системы OFDM требуют создания защитной полосы частот только вокруг всего диапазона, эффективность использования ими полосы частот значительно выше, чем в системах FDM. Так как системы OFDM состоят из большого количества узкополосных тонов, то узкополосная интерференция будет влиять только на небольшие фрагменты сигнала и почти не повлияет на остальные частотные составляющие.

В системах OFDM для уменьшения межсимвольных помех, вызванных задержкой распространения, используется пакетная передача данных. Данные передаются пакетами, каждый из которых состоит из циклического префикса и следующих за ним символов данных. Например, сигнал OFDM на частоте 6 МГц состоит из 512 отдельных несущих частот (или тонов), каждая из которых переносит один символ QAM в одном пакете. Циклический префикс используется для поглощения переходных процессов, вызванных наложением сигнала от предыдущих пакетов, и состоит из дополнительных 64 символов.

Рис. 20.13. Пример тонов OFDM

В каждом символьном периоде передается 576 символов, и только 512 из них являются символами QAM. Обычно к тому времени, когда закончится передача циклического префикса, полученная волна, представляющая собой комбинацию полезных сигналов, не является функцией каких-либо частей предыдущего пакета. Таким образом обеспечивается отсутствие межсимвольных помех. Длительность циклического префикса должна быть больше задержки многоканальных сигналов. Для системы с частотой 6 МГц период одного цикла составляет 0,16 мс. Следовательно, общая продолжительность циклического префикса равна 10,24 мс, что превышает ожидаемую задержку распространения, составляющую 4 мс.

Системы VOFDM

Кроме стандартных принципов OFDM, применяется пространственное разнесение, позволяющее повысить устойчивость системы к шумам, наложению сигналов и каналов. Такой принцип называется направленным ортогональным мультиплексированием с разделением частот (Vectored OFDM — VOFDM). Пространственное разнесение — распространенная технология повышения производительности в средах с наложением сигналов. Поскольку наложение сигналов является результатом нескольких отраженных сигналов, то оно зависит от места расположения принимающей антенны. Если в системе существует две и более антенны, то у каждой из них будет свое наложение сигналов. Каждый канал будет по-разному влиять на каждую антенну, так что несущие частоты, непригодные для одной антенны, могут оказаться подходящими для другой. Для этого антенны должны располагаться на расстоянии, которое превышает длину волны по меньшей мере в 10 раз.

Использование нескольких антенн позволяет значительно улучшить соотношение сигнал/шум. Обычно вторая антенна позволяет улучшить такой показатель приблизительно на 3 дБ в системах LOS и до 10 дБ в остальных средах.

Элементы единой сети

В единую сеть входят следующие общие элементы:

•    абонентские сети;

•    сети доступа;

•    центральные сети;

•    системы управления сетями;

•    системы развертывания.

Абонентские сети

Под абонентской сетью понимается сеть для передачи речи, данных или видео, которая принадлежит или будет принадлежать абоненту. В рассматриваемом случае границей между сетью абонента и сетью доступа обычно можно считать канальные банки, мини-АТС, маршрутизаторы или устройства мультисервисного доступа.

Оборудование абонентских сетей получает сигналы от концентратора, преобразует их в данные, пригодные для обработки абонентами, а также передает данные обратно концентратору. Передатчик, приемник и антенна обычно помещаются в компактном внешнем модуле, который монтируется на крыше здания (rooftop unit — RTU) и размер которого не превышает спутниковой телеантенны. Такой модуль располагается на крыше здания, где помещается абонент, в пределах прямой видимости ближайшего концентратора LMDS. Для обеспечения максимальной производительности RF-канала при установке производится настройка модуля.

Внутренний модуль, модуль сетевого интерфейса (network interface unit — NIU), выполняет модуляцию, демодуляцию, служит внутренним проводным интерфейсом и обеспечивает промежуточную частоту для RTU. Поскольку оборудование абонента нуждается в разных интерфейсах, NIU должен обладать широким спектром как физических, так и логических интерфейсов.

Модули NIU разработаны для удовлетворения потребностей разных абонентов, нуждающихся в Tl/El, POTS, Ethernet и других стандартных сетевых интерфейсах. Эти интерфейсы обеспечиваются NIU при помощи плат межсетевого взаимодействия (interworking function cards — IWF cards). Благодаря различным типам IWF-плат модули NIU обеспечивают преобразование входных данных в ячейки ATM и снабжают их соответствующей сигнализацией. Широко распространены IWF-платы для lOBaseT, для эмуляции каналов Т1/Е1 и другие. В состав функций модуля NIU также входит передача промежуточной частоты на обрабатывающий элемент в модуле RTU.

Сети доступа

Под сетью доступа понимается сеть передачи и распространения, служащая мостом между абонентскими сетями и центральной сетью. В рамках данного обсуждения основным транспортным средством передачи от точки присутствия (POP) в сети доступа к абонентам является радио, а распространение данных между точками присутствия сети доступа осуществляется по беспроводному каналу или по волоконно-оптическому кабелю.

Базовые сети

Под базовыми или центральными сетями понимаются открытые или частные магистральные сети, которые используются операторами сетей доступа для соединения множества географически разнесенных точек присутствия и элементов сетей провайдеров открытых служб. В рамках данного обсуждения границей между сетью доступа и центральной сетью можно считать центральный коммутатор, который является расположенным в восходящем направлении получателем (upstream destination point) для множества ветвей и элементов сети доступа.

Управление сетью

Система управления сетью (Network Management System — NMS) и входящая в ее состав система операционной поддержки (Operational Support System — OSS) связывают в единое целое все элементы сети и обеспечивают выполнение основных задач по обработке информации. Полноценная система управления сетью представляет собой исключительно сложный комплекс программных платформ средней и высокой степени интеграции. В рамках настоящей главы можно считать, что данная система состоит из средств управления элементами на каждом уровне сети доступа; полное описание системы NMS выходит за рамки этой главы.

В идеальном случае NMS должна обеспечивать сквозное функционирование беспроводных и проводных элементов сети, включая магистраль и абонентские сети.

Система управления сетью обеспечивает управление службами, сетью и ее элементами независимо от производителя и технологии, в том числе:

•     управление топологией;

•     управление соединениями;

•     управление событиями.

Более подробно функции системы управления сетью можно описать следующим образом.

•          Создание интегрированной карты топологии с отображением узлов и каналов сети с системой предупреждений.

•          Хранение описания физических (узлы и каналы) и логических (каналы и PVC) элементов топологии сети.

•          Обслуживание абонентского интерфейса для сообщения о состоянии сети и абонентов.

•          Сбор статистики о производительности PCR, SCR, MBS, CDVT, а также о состоянии сетей и каналов.

•          Сбор SLA-информации о деятельности абонентов и предупреждение о нарушениях ими своих полномочий.

•     Анализ предупреждений и вызвавших их причин.

•      Имитация работы сети для выяснения, полностью ли устранена проблема.

•     Документирование проблем, управление обслуживающим персоналом.

•          Формирование отчетов о производительности на основании собранных статистических данных с точки зрения абонента и сети.

•          Ведение счетов за пользование АТМ-соединениями.

•          Ведение защищенного от записи журнала учета соединений.

Развертывание

Как уже отмечалось, абоненты яруса 1 (tier 1) используют партнерскую экосистему развертывания Cisco. Развертывание систем с ВТА, МТА и общенациональных систем требует следующих знаний и ресурсов:

•          конструкции (башни, мачты);

•          лицензирование (FCC и местные согласования частот, конструкции, доступа);

•          инспекция местности (оценка радиочастотной обстановки);

•          интеграция (выбор и приобретение различных RF-компонентов);

•          развитие сети (заключение контрактов с заказчиками);

•          финансирование (обеспечение финансирования проекта);

•          установка (сборка компонентов);

•          обеспечение (запасными частями)

•          системы расчетов.

Литература:

Руководство по технологиям объединенных сетей, 4-е издание. : Пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильяме», 2005. — 1040 с.: ил. – Парал. тит. англ.

Вы можете следить за любыми ответами на эту запись через RSS 2.0 ленту. Вы можете оставить ответ, или trackback с вашего собственного сайта.

Оставьте отзыв

XHTML: Вы можете использовать следующие теги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

 
Rambler's Top100