Реферат
«Загальні відомості про СИСТЕМАХ І МЕРЕЖАХ Радіодоступ»
Зміст
Введення
Перше покоління (1960-і рр..)
Друге покоління систем радіодоступу (1980-і рр..)
Новий етап розвитку систем радіодоступу
Четверте покоління
Висновок
Список літератури
Введення
З винаходом радіозв'язку великим російським вченим А.С. Поповим (1895 р.) бездротовий зв'язок з науково-фантастичної абстракції, що становить інтерес для вузького кола вчених, перетворилася на потужний продукт вирішення прикладних спеціальних завдань як державної і міжнародного, так і побутового рівня. За невеликий час пристрою радіозв'язку міцно увійшли в побут людей, забезпечивши отримання і передачу інформації без прив'язки до конкретного місцезнаходженням, інтегрувалися в сучасні глобальні мережі та системи передачі даних.
Охарактеризуємо основні етапи розвитку систем радіодоступу.
Перше покоління (1960-і рр..).
Аналогові засоби доступу до аналогових автоматичним телефонним станціям (АТС). У більшості це вузькосмугові системи, що дозволяють підключити до декількох десятків або сотень телефонних каналів. Як правило, використовуються в якості радіоподовжувачів ліній зв'язку між АТС і телефонними апаратами (ТА) або бездротових телефонних апаратів (БТА).
Діапазон частот аналогових радіоподовжувачів до 1 ГГц. В даний час вони використовуються в малонаселених сільських місцевостях.
Вже в 1960-і рр.. системи радіодоступу давали можливість підключатися до мережі загального користування через одну базову станцію (БС) або центральну станцію (ЦС) з здатністю декількох незалежних сполук.
У Росії радіодоступ до АТС здійснювався через систему «Алтай». Останнім часом їй на зміну приходить обладнання стандарту МРТ 1327. Крім того, для підключення до мереж загального користування (СОП) частіше використовуються аналогові стики двопровідними абонентських ліній.
В даний час в Росії проводяться системи радіодоступу в діапазонах 30 ... 57,5 МГц (обладнання УТК-015), 300 МГц (обладнання «Алтай» і МРТ 1327), 450 МГц (обладнання УТК-01).
До першого покоління систем радіодоступу віднесемо і БТА діапазонів 30 ... 40 МГц і 900 МГц.
Друге покоління систем радіодоступу (1980-і рр..).
Вузькополосні цифрові системи радіодоступу до цифрових і аналогових АТС (рис. 1.1), які з'явилися завдяки підвищенню вимог до якості передачі мови і появи передачі даних. Розвиток відбувався, перш за все, в напрямку створення корпоративних протяжних систем радіодоступу. Якість передачі мови відповідало якості в мережах ISDN, швидкість передачі даних кратна 64 кбіт / с. При приєднанні до мережі загального користування використовувалися як аналогові, так і цифрові стики. У цілому системи радіодоступу другого покоління були спрямовані на створення телефонних мереж високої якості. Передача даних розглядалася як додаткова, не основна послуга в силу нерозвиненості комп'ютерних мереж і невеликий потреби в мережах передачі даних. До цього покоління належать також системи стандартів DECT і СТ-2, які забезпечують підключення терміналів з послугою цифрової телефонії. Системи радіодоступу другого покоління на сьогоднішній день випускаються заводами-виробниками (IRT, Granger Telecom, SR-Telecom) і експлуатуються в Росії. На їх базі розгорнуто як корпоративні (технологічні та виділені), так і комерційні мережі зв'язку. Мережі другого покоління забезпечують одночасної зв'язком від кількох сотень до кількох тисяч абонентів.
Під час розробки і будівництва мереж радіодоступу другого покоління в світі з'явилася тенденція експоненціального зростання обсягів обміну даними в комп'ютерних мережах, спочатку локальних, а потім міських. До початку 1990-х рр.. вже існувала мережа Інтернет, використання в якій радіотехнологій носило традиційний характер (радіорелейні лінії, подовжувач телефонних каналів (УТК), супутникові лінії). Однак потреби в обсязі переданих даних зросли, і існуючі радіомережі не могли конкурувати з провідними лініями зв'язку навіть для локальних мереж.
Новий етап розвитку систем радіодоступу.
Для можливості використання в комп'ютерних мережах зв'язку переваг радіозв'язку та забезпечення потрібної швидкості передачі даних між комп'ютерами в Інституті інженерів зв'язку IEЕЕ (США) була організована дослідна група по стандартизації 802.11 обладнання бездротових локальних мереж (WLAN).
З цього моменту розпочався новий етап розвитку систем радіодоступу. Стандарти групи 802.11 стали домінувати на ринку систем радіодоступу і швидко завоювали популярність серед виробників і споживачів обладнання. Пов'язано це, перш за все, з простотою обладнання Radio Ethernet. Вплив стандарту виявилося настільки сильним, що поширилося навіть на обладнання випускається з внутріфірмових стандартів з діапазоном 3,4 .. .3,6 ГГц.
Обладнання стандарту IEEE 802.11 розраховане на діапазон 2,4 ... 2,4835 ГГц. Спочатку стандарт був орієнтований на задоволення потреб внутрішньоофісних локальних мереж з відносно низькою швидкістю передачі інформації в радіоканалі 1 Мбіт / с. У цьому випадку окремим абонентам доступна швидкість, що не перевищує 256 кбіт / с через використовуваних протоколів S-ALOHA або CSMA-CA і їх низької ефективності радіоканалу: 36 і 53% відповідно. Швидкість передачі інформації обладнання виявилася недостатньою для здійснення зв'язку між комп'ютерами локальної мережі, тому досить швидко з'явилася модифікація стандарту IEEE 802.11-802.1 lb, що допускає швидкість передачі в радіоканалі 11 Мбіт / с. Одночасно почала знижуватися вартість обладнання, і стандарт став популярним серед фахівців комп'ютерних мереж, а потім і у зв'язківців.
Обладнання стандарту 802.1 lb широко представлено на ринку зв'язку, постійно вдосконалюється і випускається відомими виробниками, такими як Cisco, Alvarion, Proxim, Lusent Tecknologis та ін У Росії таке обладнання відразу було вдосконалено: для розширення зони покриття базової станції в передавальну частина встановлені підсилювачі та спрямовані антени. Таким чином, новий виріб дозволяло працювати поза закритих офісних приміщень. У силу того, що діапазон 2,4 ... 2,4835 ГГц в Росії відноситься до категорії «урядова» (ПР), обладнання могло використовуватися операторами зв'язку тільки з дозволу Головного радіочастотного центру (ГРЧЦ) Федерального аген-ства зв'язку (ФАС) . У 1990-х рр.. в країні з'явилася велика кількість операторів зв'язку, що використовують обладнання Radio Ethernet: Arlan і пр.
В даний час процедура отримання дозволу на внутрішньоофісної застосування мереж стандарту 802.lib спрощена.
У Москві діє ряд операторів у діапазоні 2,4 ... 2,4835 ГГц, що надають всі можливі послуги зв'язку «поверх 1Р», включаючи телефонію (наприклад, RosNet). У Санкт-Петербурзі в діапазоні 2,4 ГГц оператори «Квантум», ЗАТ «ПТС», ВАТ «Північно-Західний Телеком», ЗАТ «Петерстар» забезпечують послуги з використанням обладнання стандарту 802.11b. Через обмеженість доступної смуги частот можливості діапазону 2,4 ГГц швидко були вичерпані. Тому потрібен перехід в більш високочастотний діапазон для отримання більшої смуги частот.
Стандарт 802.11 став відправною точкою для розробки ряду технологій, подібних з організації протоколів, але для яких високі швидкості передачі інформації не були потрібні. Це стандарт 802.15.1, відомий як Bluetooth, що забезпечує швидкість передачі 722 кбіт / с в радіоканалі, стандарт 802.15.4, що розробляється альянсом Zig Bee зі швидкостями 20, 40 і 250 кбіт / с. Перераховані стандарти орієнтовані, перш за все, на вирішення специфічних завдань зв'язку устаткування різного призначення всередині будинку, де основними критеріями якості є низьке енергоспоживання, мала вартість пристроїв, здатність до самоорганізації маршрутів в сукупності пристроїв. Тут слід відзначити такі програми, як Home RF, Zig Bee, в рамках яких розроблялися засоби домашньої і внутрішньоофісної радіозв'язку для підключення датчиків, сенсорів, керуючих систем будинку або офісу в єдину мережу, що існує надійно незалежно від розташування елементів системи. З'явилася і почала комерційний розвиток технологія маршрутизації «Ad Ніс» (АН-технологія), в якій не виділяються спеціальні пристрої-маршрутизатори. Роль комутаторів-ретрансляторів виконують всі вхідні в мережу приемопередающие пристрою.
У цей час вперше в радіозв'язок увійшла технологія комп'ютерних мереж Ethernet, яка на сьогоднішній день вже є нерозривним цілим з мережами радіодоступу. Нинішній стан і майбутнє систем радіодоступу неможливо уявити без протоколу Ethernet. Фактично він став протоколом міжсистемної взаємодії на MAC і LLC рівнях відкритих інформаційних систем (OSI).
У системах третього покоління беруть початок способи передачі інформації (наприклад, мова, дані, відеозображення) з використанням пакетної комутації, як зараз кажуть зв'язківці - «поверх 1Р». Багато сучасні фахівці вважають, що IP - це новий вид середовища передачі.
Протоколи IP спочатку дозволяли здійснювати зв'язок зі свідомо гіршою якістю, ніж синхронні дротові системи. Проте з часом вони вдосконалювалися і в даний час навіть фахівцеві важко визначити встановлено, наприклад, телефонне з'єднання по синхронної мережі (традиційний дротовий варіант зі швидкістю 64 Кбіт / с) або по IP-мережі з використанням протоколу Н.323 і підтримкою якості обслуговування (QoS ).
Отже, третє покоління систем радіодоступу дало початок активного використання комп'ютерних технологій передачі інформації та конвергенції (змикання) їх з традиційними способами передачі.
Особливим продуктом, що має компромісну реалізацію з точки зору протоколів обміну, стали системи з діапазоном 3,4 ... 4,2 ГГц і до сьогоднішнього дня займають специфічний ділянку ринку систем радіодоступу.
Також системи були спрямовані на надання послуг передачі даних і мовлення з приєднанням до телефонних мереж загального користування - ТФОП і мереж передачі даних загального користування - СПД ОП. Незважаючи на зовнішню організацію, яка підпорядковується технологій IP і Ethernet, радіоінтерфейс організований ефективно і є синхронним. Відсутність стандартизації систем з діапазоном 3,4 ... 4,2 ГГц у світовому масштабі призвело до величезного розмаїття в реалізації радіоінтерфейсів різних виробників. Тут, як на дослідному полігоні, відпрацьовуються способи розділення каналів (доступу до загального каналу), частотне розділення (FDMA), тимчасовий поділ (TDMA), кодове розділення (CDMA) та їх комбінації. При поділі дуплексних каналів використовується частотне (FDD) і тимчасове (TDD) ущільнення каналів.
На базі систем з діапазоном 3,4 ... 4,2 ГГц виявилося зручним будувати міські мережі (MAN) з повним спектром послуг, що надаються. Це швидко призвело до розширення діапазону частот для реалізації вже апробованих технологій.
Спочатку таке розширення діапазонів відбувалося за рахунок перенесення спектру з допомогою конверторів.
Так, зокрема, боролися з браком частотного ресурсу у ширині діапазону 2,4 ГГц, використовуючи конвертори перенесення спектру в діапазон 5,7 ГГц.
Рішення діапазону 3,4 ГГц швидко знайшли застосування в смугах частот 10,5 і 26 ГГц.
З ідейної точки зору третє покоління систем радіодоступу дало ще один важливий напрямок розвитку технологій - створення високошвидкісних мереж розподілу синхронних потоків, кратних Tl, Е1 та іншим стандартних каналах, а також систем розподілу телевізійних програм (MMDS і LMDS) в діапазонах частот до 26 ГГц включно .
Поява систем радіодоступу з підтримкою інтерфейсів G.703 (Е1) було обумовлено стрімким зростанням потреб щодо приєднання до ТМЗК різних систем зв'язку, перш за все стільникових систем і різного роду учрежденчеськая виробнича АТС (УВАТС) і обмеженістю можливостей організації цифрових з'єднувальних ліній традиційними способами.
У цей час з'явилося обладнання фірм Alcatel, Siemens, Alvarion, Ericsson, SR Telecom та ін, що дозволяє вирішувати перераховані завдання.
Системи четвертого покоління. З їхньою допомогою передбачається надавати широкосмугові послуги передачі даних, підключення до мережі Інтернет, телефонії, передачі відео-і телезображень в реальному масштабі часу, мультимедійної інформації в різних організаційних варіантах. Перш за все, передбачається спочатку об'єднати локальні зони, а потім і цілі міста в єдину велику «локальну» мережу, в якій буде зручно працювати кожному користувачеві. Зокрема, розвиваються концепції локальних зон вільного доступу до послуг зв'язку WiFi або HotSpot і зон вільного доступу в масштабах міста поза офісом WiMax. Користувач зможе одержувати ті ж послуги зв'язку як в будь-якій точці міста, так і своєї локальної мережі.
Такі можливості пов'язують, насамперед, зі стандартами 802.11а, 802.11 g, 802.16, 802.16а. Подальший розвиток стандартів груп 802.11 і 802.16 передбачає надання послуг зв'язку в русі в діапазонах частот до 6 ГГц зі швидкостями до 150 км / ч. Цей сценарій виходить за рамки фіксованого бездротового доступу до послуг зв'язку і змикається з можливостями систем стільникового зв'язку третього і наступних поколінь.
Вже в системах радіодоступу третього покоління відчувалася необхідність вдосконалення радіоінтерфейсів, підвищення їх продуктивності і спектральної ефективності. Багато сподівання фахівців-розробників в повній мірі втілилися в системах бездротового доступу четвертого покоління. Спектральна ефективність підвищилася з 0,75 до 3 біт / с / Гц і більше.
Це відбулося за рахунок застосування спектрально-ефективних методів модуляції і кодування. Доступними в таких системах стали швидкості до 100 Мбіт / с на одну несучу. Відбулася чітка класифікація - структуризація систем радіодоступу. Ясно, які системи застосовують для вирішення завдань побудови «останньої милі», а які для вирішення задачі доступу до абонента.
Швидкість в каналі зв'язку 54 Мбіт / с для стандарту 802.11а і реальна до 30 Мбіт / с в поєднанні з ортогональної частотною модуляцією зробили зручною роботу абонентів у будь-якій точці локальної або міської мережі. Відбувається це через підвищену стійкість сигналу з OFDM-модуляцією до завмирань і, отже, до можливості роботи з сигналом без прямої видимості (NLOS) базової станції (БС) або точки доступу (АР).
У системах четвертого покоління в якості технологій доступу до ресурсу загального каналу використовуються всі можливі види поділу каналів: частотне розділення (FDMA) і його поліпшена модифікація - ортогональноє частотне розділення (OFDMA), тимчасовий поділ (TDMA), просторове розділення (SDMA), кодове розділення кана-лів (CDMA).
Просторове розділення служить як для передачі більшої кількості корисних сигналів (збільшення кількості активних абонентів), так і для підвищення пропускної здатності з'єднання «абонентський пристрій (АС) - базова станція (БС)». Відомі алгоритми, запропоновані та реалізовані дослідницькими групами, наприклад, BLAST, METRA реалізують технологію MIMO обробки сигналів з багатьма виходами (передавачами) і багатьма входами (приймачами). Технологія використовує методи просторово-часової адаптивної обробки сигналів, у тому числі просторово-часового кодування і дозволяє збільшити кількість активних абонентів в одній смузі частот у кілька разів у порівнянні з методами CDMA, TDMA і FDMA небудь в даний час збільшити швидкість передачі інформації від абонента в 2 ... 4 рази.
Передбачається і реалізована можливість придушення та усунення перешкод від джерел вже функціонують в діапазоні частот системи радіодоступу, планованої до застосування в тому ж регіоні. Така властивість дозволяє сподіватися на вирішення проблеми ЕМС для систем з первинним і вторинним призначенням частот, забезпечуючи можливість завдавати перешкод і несприйнятливості до завад. Зокрема, завжди можливо таке завдання пріоритетів у системі адаптивної обробки сигналів, що реалізовуються стане динамічний розподіл номіналів частот при виконанні умов і обмежень, передбачених дозволом на експлуатацію мережі.
Отримали розвиток системи внутрішньоофісної та домашнього застосування. Вони помітно диференціювалися в залежності від потреб і розв'язуваних завдань. Як правило, події розвивалися за таким сценарієм. Спроба застосування вже існуючої тех-нології показує її неефективність у вирішенні нового завдання. Для останньої розробляється нова технологія, яка задовольняє критерії швидкості передачі, дальності, енергоспоживання, вартості, діапазону частот і т.д.
У четвертому поколінні з'явився стандарт 802.15.4, який здатний вирішувати численні проблеми всередині будинку і офісу.
Розвивалося і конструктивне виконання устаткування радіодоступу. Вже пішли в минуле абонентські станції з безліччю кнопок і індикаторів. Сучасні абонентські станції вимагають, як правило, мінімуму знань і вмінь для установки, яка виконується в режимі «Plug & Р1ау». Установкою абонентського обладнання перших трьох поколінь повинні займатися фахівці. Однак до обладнання четвертого покоління це обмеження не стосується, так як абонентські станції здатні практично без втрати ефективності працювати на відбитому сигналі і мають вбудовані засоби адаптації до зовнішніх умов. Сучасні зразки обладнання систем радіодоступу включають до складу комутаційне, маршрутизуюче обладнання, засоби управління, програмне забезпечення моніторингу, управління, тарифікації і ряд інших найважливіших функцій мережі зв'язку.
Четверте покоління
В обладнанні четвертого покоління помітною і переважаючою стає тенденція до глобального процесу стандартизації. У всіх країнах виділений один діапазон частот, стандартизовані стики, параметри радіоінтерфейсу і інші характеристики. Таке обладнання, зокрема абонентське, може випускатися будь-яким виробником і функціонувати в будь-якій стандартизованої мережі.
Процес глобалізації призводить до здешевлення виробництва обладнання і, відповідно, збільшення обсягів продажів як обладнання, так і послуг. Так, сучасні PCMCI-карти для ноутбуків і карти для комп'ютерів підтримують стандарти 802.11а, 802.1 lb, 802.1 lg з урахуванням модифікацій специфічних для Японії, США та Європи. Компанії і країни, що вирішили піти «своїм» шляхом, очевидно, програють у боротьбі за споживача. Приклад дає ситуація з ношеними і кишеньковими комп'ютерами та електронними записниками, у складі яких такі картки встановлені спочатку виробниками.
Розвиток інтерфейсів (стиків) з мережею загального користування (СОП) пройшло від аналогових абонентських ліній до інтерфейсів El, V5.1, V5.2 для телефонних мереж. Для мереж передачі даних ситуація виявилася більш стабільною. Стики з мережею передачі даних загального користування (СПД ВП) використовувалися, використовуються і плануються до використання стандарту Ethernet. Змінюються середовище та швидкість передачі.
Користувацький інтерфейс також зазнав змін. Застосовувати обладнання радіодоступу зараз означає: встановити абонентське обладнання, підключити до комп'ютера, встановити програму-драйвер, що взаємодіє на рівні Ethernet з комп'ютером або іншим обладнанням. Програма-інтерфейс користувача інтегрована в загальний користувальницький інтерфейс, наприклад, операційної системи Windows 2000, Windows ХР, Windows NT, Makintosh та ін
Загальною характеристикою четвертого покоління є адаптивність майже всіх елементів мережі та інтерфейсів, а також націленість на задоволення індивідуальних потреб абонента.
Подальший розвиток обладнання четвертого покоління планується в напрямку адаптивності на всіх рівнях моделі OSI, глобалізації, індивідуалізації та ін Швидкості, які потрібно забезпечити на одного абонента складають до 100 Мбіт / с. Обладнання, за допомогою якого планується вирішити зазначені проблеми, відноситься до п'ятого покоління систем радіозв'язку.
Зокрема, на нього покладається повне вирішення проблем організації індивідуального інформаційного простору для людини в його будинку, офісі, на вулиці.
У будинку і офісі передбачається, що більшість завдань дозволить вирішити нарождающаяся надширокосмугових технологія радіозв'язку (Сніп, або UWB). У 2002 р. розпочато процес стандартизації в групі 802.15.3, результатом роботи якої є стандарт 802.15.3а (обладнання корпорації Intel) з використанням надширокосмугового сигналу, зібраного з окремих незалежних частотних каналів. В даний час близький до завершення стандарт за традиційною надширокосмугових (Сніп) технології, що використовує субнаносекундного імпульси для передачі повідомлень.
До складу радіоінтерфейсу входять адаптивні антенні системи, які вирішують комплекс завдань: боротьба з завмираннями, боротьба з перешкодами, підвищення швидкості передачі інформації, просторове розділення сигналів.
Передумови створення систем п'ятого покоління є в існуючому обладнанні.
Внеофісное обладнання (входить в той же термінал абонента) дозволить отримувати інформацію в русі із швидкістю до 150 км / год зі змінною швидкістю передачі інформації. Поява такого обладнання планується в 2005 р. Технологічні та наукові розробки в галузі радіозв'язку дозволяють сподіватися на успішне вирішення всіх поставлених завдань і проблем.
Висновок
Оцінюючи коротку, але стрімку історію розвитку систем радіодоступу, можна констатувати, що двигуном розвитку є як реальні, так і створювані потреби абонентів у високих швидкостях передачі інформації і зручність використання обладнання.
Виникаючі проблеми, як правило, знаходять швидке технічне рішення, і з усе більшим прискоренням технічні нововведення впроваджуються в життя. У цілому з тенденцією надання послуг рухомим абонентам в машині, поїзді і т.д. вимальовується перспектива змикання систем радіодоступу та систем рухомого зв'язку (зокрема, стільникового зв'язку). У зв'язку з чим мережі радіодоступу втратять свою фіксовану індивідуальність.
Однак заспокоювати прихильників радіодоступу має те, що, по-перше, всі види радіозв'язку та радіодоступу знаходять і знайдуть застосування в майбутньому, по-друге, рухомий зв'язок не вирішує всіх проблем абонента, а підтримує тільки рівень абонентського доступу (абонентський термінал - БС), а інші завдання вимагають рішення на базі фіксованого зв'язку, по-третє, рухомий зв'язок об'єктивно дорожче і забезпечує гіршу якість, ніж фіксований.
Саме тому технології фіксованого і «майже» фіксованого радіодоступу розвиваються і будуть ще тривалий час застосовуватися в усьому світі.
Список літератури
Тихонов «Мережі радіодоступу», Орел, 2000
Григор'єв «Мережі та системи радіодоступу»