2. Системы бшс на основе стандарта ieee 802.16 (wI-mAx)

2.1. Параметры семейства стандартов Wi-Max

2.2. Wi-max в сетях связи с подвижными объектами

2.1. Параметры семейства стандартов Wi-Max

Wi-MAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) в дословном переводе звучит как "глобальная совместимость для микроволнового доступа". IEEE 802.16 - это первый стандарт, предназначенный для создания территориально распределённых сетей широкополосного беспроводного доступа (Broadband Wireless Access) в масштабе города (Wireless MAN). В стандарте описывается интерфейс для систем ШБД типа "точка-многоточка", работающих в диапазонах частот 2-11 ГГц и 10-66 ГГц и осуществляющих связь на расстояниях в десятки километров.

Под Wi-MAX понимается технология операторского класса, которая практически не имеет на сегодняшний день альтернативы по предоставлению населению высококачественных услуг мультисервисного ШБД. Новейшие системы с сертификацией Wi-MAX позволяют операторам сетей широкополосного доступа не только предоставить пользователям разнообразные типы сервисов как IP, так и Е1, но и заменить инфраструктуру ADSL-доступа и выделенных линий в целом.

В стандарте особое внимание уделяется планированию пользовательских потоков данных (Service Flow), на которых строится весь информационный обмен между базовой станцией и абонентскими устройствами, а также средствам защиты пользовательских данных (privacy sub layer) и безопасности связи.

Передача трафика от абонентских устройств к базовой станции (так называемое восходящее направление, uplink) основывается на комбинации двух методов многостанционного доступа: DAMA (доступ по запросу) и TDMA (доступ с временным разделением каналов). Структура пакетов физического уровня поддерживает переменную длину пакета MAC-уровня. Передатчик осуществляет рандомизацию, помехоустойчивое кодирование и модуляцию по алгоритмам QPSK, 16 QAM и 64 QAM.

Таблица 2.1. – Семейство стандартов 802.16

	802.16	802.16a		802.16-2004	802.16e
Одобрен	декабрь 2001	январь 2003		июль 2004	декабрь 2005
Спектр	от 10 до 66 ГГц	менее 11 ГГц		менее 11 ГГц	от 2 до 6 ГГц
Видимость	прямая, LOS	непрямая, NLOS для ближней зоны		непрямая, NLOS, для ближней зоны, и офисных, домашних пользователей	непрямая, NLOS
Модуляция	QPSK, 16QAM и 64QAM	OFDM 256, OFDMA + 802.16		OFDM 256, OFDMA + 802.16	OFDM 256, OFDMA + 802.16
Скорость	32 – 134 Мбит/с	1 – 75 Мбит/с		см. 802.16a	до 15 Мбит/с
Мобильность	нет	нет		нет	да, с возможностью регионального роуминга
Ширина канала	20, 25 и 28 МГц	изменяемая от 1,25 до 20 МГц с 16 логическими подканалами		см. 802.16a	более 5 МГц
Радиус ячейки	от 1 до 5 км	от 5 до 8 км; максимум 50 км с соотв. антенной и максимальной мощностью передачи		см. 802.16a	от 1 до 5 км
Терминальное оборудование		внешнее, с выносной антенной	внешнее, со встроенной антенной		PC-карта

Передача трафика от базовой станции к абонентским устройствам (так называемое нисходящее направление, downlink) ведется в режиме временного дуплекса (TDD) в едином потоке для всех абонентских устройств одного сектора. Передатчик осуществляет рандомизацию, помехоустойчивое кодирование и модуляцию в соответствии с алгоритмами QPSK, 16 QAM и 64 QAM.

Модуляция. Особенности распространения радиоволн частотного диапазона 10 - 66 ГГц ограничивают возможности работы систем условиями прямой видимости. В типичной городской среде это позволяет подключить примерно половину абонентов, находящихся в пределах рабочей дальности от базовой станции. Для остальных 50% прямой видимости, как правило, нет. В этой связи институт IEEE разработал дополнение к стандарту 802.16, которое относится к частотам 2 - 11 ГГц и, помимо одночастотной передачи (Single Carrier, SC), предусматривает режимы ортогонального частотного мультиплексирования (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) и множественного доступа на основе такого мультиплексирования (OFD Multiple Access, OFDMA).

В режиме OFDM допускается одновременная передача на 256 поднесущих. За счет увеличения (примерно в такое же число раз) длительности элементарного символа можно одновременно принимать прямой и отраженные от препятствий сигналы, либо вообще работать только на отраженных сигналах вне пределов прямой видимости базовой станции.

Технология OFDM. В системах ШБД основным разрушающим фактором для цифрового канала являются помехи от многолучевого приема. Этот вид помех весьма характерен для эфирного приема в городах с разноэтажной застройкой из-за многократных отражений радиосигнала от зданий и других сооружений.

Радикальным решением этой проблемы является применение технологии ортогонального частотного мультиплексирования OFDM, которая специально разработана для борьбы с помехами при многолучевом приеме. Разновидность технологи - метод COFDM (сочетание канального кодирования, аббревиатура C, и OFDM) - хорошо известен и широко используется в цифровых системах радиовещания (DAB) в Европе, Канаде и Японии.

При OFDM последовательный цифровой поток преобразуется в большое число параллельных потоков (субпотоков), каждый из которых передается на отдельной несущей частоте.

Рисунок 16.1. – Спектр радиосигнала с одной несущей (а) и OFDM (б)

Частотный разнос Δf между соседними несущими f₁, f₂ ... f_n в групповом радиоспектре OFDM выбирается из условия возможности выделения в демодуляторе индивидуальных несущих. При этом возможно применение двух методов частотного разделения (демультиплексирования) несущих. Во-первых, с помощью полосовых фильтров и, во-вторых, с помощью ортогональных преобразований сигналов.

В первом случае частотный разнос между модулированными несущими выбирается таким, чтобы их соседние боковые полосы взаимно не перекрывались. Это условие будет выполнено, если величину частотного разноса выбрать равной Δf>2/T_U, где T_U - рабочий интервал информационного символа. Однако при этом эффективность использования радиоспектра будет невысокой.

Напротив, стандарт OFDM характеризуется сильным перекрытием спектров соседних поднесущих, что позволяет уменьшить в два раза значение частотного разноса и во столько же раз повысить плотность передачи цифровой информации (бит/с)/Гц. Благодаря ортогональному методу демодуляции поднесущих группового спектра происходит компенсация помех от соседних частот, несмотря на то, что их боковые полосы взаимно перекрываются.

Для выполнения условий ортогональности необходимо, чтобы частотный разнос между несущими был постоянен и точно равен значению Δf = 1/T_U, то есть на интервале T_U должно укладываться целое число периодов разностной частоты f₂ - f₁. Выполнение этого соотношения достигается введением в модеме OFDM двух видов сигналов синхронизации: сигналов для синхронизации несущих частот группового спектра и сигналов для синхронизации тактовых частот функциональных блоков демодулятора.

Группа несущих частот, которая в данный момент времени переносит биты параллельных цифровых потоков, называется "символом OFDM". Благодаря тому, что используется большое число параллельных потоков, длительность символа в параллельных потоках оказывается существенно больше, чем в последовательном потоке данных. Это позволяет в декодере задержать оценку значений принятых символов на время, в течение которого изменения параметров радиоканала из-за действия эхо-сигналов прекратятся, и канал станет стабильным.

Таким образом, при OFDM временной интервал символа субпотока T_S делится на две части - защитный интервал T_G, в течение которого оценка значения символа в декодере не производится, и рабочий интервал символа T_U, за время которого принимается решение о значении принятого символа.

Для правильной работы системы эхоподавления необходимо, чтобы защитные интервалы находились в начале символов субпотоков, то есть в защитном интервале продолжается модуляция несущей предшествующим символом.

Технически метод OFDM реализуется путем выполнения инверсного дискретного преобразования Фурье (Fast Fourier Transform, FFT) в модуляторе передатчика и прямого дискретного преобразования Фурье - в демодуляторе приемника приемопередающего устройства.

Технология TDM. Аппаратура TDM-сетей работает в режиме разделения времени, поочередно обслуживая в течение цикла своей работы все абонентские каналы. Цикл работы оборудования TDM равен 125 мкс, что соответствует периоду следования замеров голоса в цифровом абонент­ском канале. Это значит, что мультиплексор или коммутатор успевает вовремя обслужить любой абонентский канал и передать его очередной замер далее по сети. Каждому соединению выделяется один квант времени цикла работы аппаратуры, называемый также тайм-слотом. Длительность тайм-слота зависит от числа або­нентских каналов, обслуживаемых мультиплексором TDM или коммутатором.

Рисунок 16.2 – Коммутация на основе разделения канала во времени

Мультиплексор принимает информацию по N входным каналам от конечных абонентов, каждый из которых передает данные по абонентскому каналу со скорос­тью 64 Кбит/с – 1 байт каждые 125 мкс. В каждом цикле мультиплексор выполняет следующие действия:

• приём от каждого канала очередного байта данных;

• составление из принятых байтов уплотненного кадра, называемого также обоймой;

• передача уплотненного кадра на выходной канал с битовой скоростью, равной Nх64 Кбит/с.

• Порядок байт в обойме соответствует номеру входного канала, от которого этот байт получен. Количество обслуживаемых мультиплексором абонентских каналов зависит от его быстродействия.

Демультиплексор выполняет обратную задачу – он разбирает байты уплотненного кадра и распределяет их по своим нескольким выходным каналам, при этом он считает, что порядковый номер байта в обойме соответствует номеру выходного канала.

Коммутатор принимает уплотненный кадр по скоростному каналу от мультиплексора и записывает каждый байт из него в отдельную ячейку своей буферной памяти, причем в том порядке, в котором эти байты были упакованы в уплотненный кадр. Для выполнения операции коммутации байты извлекаются из буферной памяти не в порядке поступления, а в таком порядке, который соответствует поддерживаемым в сети соединениям абонентов. Так, например, если первый абонент левой части сети рисунке 16.2 должен соединиться со вторым абонентом в правой части сети, то байт, записанный в первую ячейку буферной памяти, будет извлекаться из нее вторым. «Перемешивая» нужным образом байты в обойме, коммутатор обеспечивает соединение конечных абонентов в сети.

Однажды выделенный номер тайм-слота остается в распоряжении соединения «входной канал – выходной слот» в течение всего времени существования этого соединения, даже если передаваемый трафик является пульсирующим и не всегда требует захваченного количества тайм-слотов. Это означает, что соединение в сети TDM всегда обладает известной и фиксированной пропускной способностью, кратной 64 Кбит/с.

Работа оборудования TDM напоминает работу сетей с коммутацией пакетов, так как каждый байт данных можно считать некоторым элементарным пакетом.

Сегодня практически все данные – голос, изображение, компьютерные данные – передаются в цифровой форме. Поэтому, выделенные каналы TDM-технологии, которые обеспечивают нижний уровень для передачи цифровых данных, являются универсальными каналами для построения сетей любого типа, телефонных, телевизионных и компьютерных.

Оборудование, построенное на базе стандарта 802.16, обладает следующими характеристиками:

• гибкая динамическая настройка качества обслуживания (QoS), задание приоритетов различным видам трафика и одновременная поддержка интерфейсов IP и TDM E1 позволяют параллельно передавать голос, мультимедийную информацию и цифровые данные по одному каналу связи;

• оператор может за считанные часы предоставить услугу с пропускной способностью канала, сравнимой со скоростью кабельных систем. Соглашение об уровне обслуживания (SLA) строится по индивидуальному плану каждого заказчика, при этом QoS может изменяться динамически в соответствии с его потребностями;

• высокая эффективность использования радиочастотного спектра увеличивает пропускную способность и снижает удельные затраты на запуск и эксплуатацию;

• технология передачи OFDM обеспечивает устойчивую связь вне зоны прямой видимости приемопередатчиков;

• система динамически адаптируется к условиям связи с помощью автоматического подбора типа модуляции (BPSK, QPSK, 16 QAM, 64 QAM) и скорости кодирования;

• корректирование сигналов с прямым исправлением ошибок гарантирует надежность 99,999%.

Стандарт не рассчитан на "ячеистую" (mesh) топологию сети, связь между абонентскими устройствами возможна только через базовую станцию.

Динамическая адаптация. При передаче каждого пакета данных оборудование производит оценку состояния канала. Параметры соединения подстраиваются для каждого абонентского комплекса в отдельности. В результате поддерживается максимально возможная скорость для текущего состояния каждого соединения (интерференция, внешние помехи, наличие листвы на деревьях). Динамическая адаптация осуществляется на базе измерения отношения CINR (Carrier/Interference + Noise Ratio).

Дуплексное разделение во времени (TDD).

В устройстве используется разделение во времени приема и передачи по одному радиочастотному (РЧ) каналу. Этот способ хорошо подходит для организации эффективных и предсказуемых соединений по типу PTP и PMP. Базовая станция отвечает за планирование трафика в обоих направлениях. Она передает данные на абонентские комплексы и рассылает запросы и подтверждения на передачу, основываясь на анализе агрегатного потока от всех абонентов. Абонент может сам задать временное соотношение трафика в обоих направлениях. В автоматическом режиме настройку временного профиля выполняет базовая станция, которая всякий раз адаптируется к текущим условиям передачи.

Адаптивное кодирование.

Для повышения помехозащищенности в каждый пакет данных предаваемых по радиоканалу вводится некоторое количество избыточной информации. Отношение количества полезных данных к общему размеру пакета называется скоростью кодирования. Оборудование WiMAX поддерживает скорости 1/2, 2/3 и 3/4. Скорость кодирования может меняться от пакета к пакету на основании текущего значения CINR.

Адаптивная модуляция. Под модуляцией понимается способ кодирования несущих частот передаваемыми данными, образующими символ OFDM. Устройства поддерживают типы модуляции QPSK, 16 QAM и 64 QAM, которые могут меняться от пакета к пакету в зависимости от текущего значения CINR.

Автоматический запрос на повторную передачу (Automatic Repeat Request, ARQ).

При отсутствии подтверждения приема по истечении определенного промежутка времени ARQ автоматически осуществляет повторнуюпередачу данных. Возможности LAN. Развертывание беспроводной системы связи между базовыми и абонентскими комплексами позволяет объединить территориально разнесенные сегменты локальной сети Ethernet. WiMAX оборудование может поддерживать следующие возможности LAN:

• классификации L2/L3/L4;

• транспортировка пакетов в соответствии с классификацией;

• возможности уровня L2 для транспортировки данных:

  • режим прозрачного моста;

  • метки 802.1q VLAN;

  • приоритезация потока 802.1p;

  • управление потоком 802.3x Ethernet;

  • групповые рассылки (только на уровне L2).

Базовая станция может служить агентом-ретранслятором (Relay Agent) DHCP для подсети абонентских комплексов. Базовая и абонентские станции могут также осуществлять транзит (pass-through) DHCP для CPE. Области применения. Сети WiMAX являются надежной и более экономичной альтернативой стандартным PDH РРС и незаменимы в случае топологии беспроводной сети связи типа "точка - многоточка". WiMAX может использоваться для:

• доступа в Интернет;

• организации прозрачного моста (Transparent LAN Service, TLS);

• транспорта голосовых данных по IP (VoIP);

• транспорта потоков TDM.

Основные области применения стандарта:

• коммерческие беспроводные сети - решение проблемы "последней мили", доступ в Интернет;

• операторы мобильной связи - транспорт голосового трафика, связь между базовыми станциями;

• корпоративные сети - объединение локальных сетей филиалов учреждений в единую виртуальную сеть.

Развитые возможности классификации, резервирования (SLA, QoS) и управления пользовательскими потоками данных позволяют передавать средствами IP мультимедийную информацию - речь, видео и цифровые данные.

Система связи на базе WiMAX может быть развернута на крупных и средних предприятиях, использована в образовательных учреждениях, для нужд территориальных органов управления, для организации систем охраны и удаленного видеонаблюдения.

Специальная область применения - организация сверхдлинных пролетов (до 120 км), в том числе и над открытой водной поверхностью, в случае отсутствия прямой видимости, частичного перекрытия первой зоны Френеля, а также в случае сложной радиочастотной помеховой обстановки в зоне проектируемой РРС.

Широкая полоса частот, динамичная настройка качества обслуживания, IP- и TDM-интерфейсы делают это оборудование отличным выбором для альтернативных операторов и операторов сотовой связи.

WiMAX в сетях связи с подвижными объектами

Стандарт IEEE 802.16-2004 описывает широкополосный беспроводной доступ для систем, работающих на частотах от 2 до 10 ГГц. Он определяет как уровень контроля доступа к среде передачи (MAC), так и физический уровень, чтобы гарантировать возможность взаимодействия сетей, принадлежащих множеству различных операторов. Стандарт описывает три возможных варианта реализации физического уровня: SC (Single Carrier), OFDM256 (Orthogonal Frequency Division Multiplexing с 256 поднесущими) и OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), но только OFDM256 сертифицирован консорциумом WiMAX Forum.

Технология WiMAX идеально подходит для скоростных радиосетей городского и регионального охвата - именно для них она и создана. Предполагается, что данное решение быстро станет стандартом для большинства производителей оборудования широкополосного беспроводного доступа к сетям связи, которые до этого использовали свои фирменные патентованные технологии. Переход на общий стандарт, по мнению разработчиков, должен способствовать появлению новых производителей, повышению конкуренции в отрасли, снижению цен, совместимости оборудования разных производителей, удешевлению оборудования и в конечном счете его массовому распространению.

Рисунок 16.3 - Структура сети WiMAX

Основные элементы WiMAX-систем - пользовательское оборудование (абонентский терминал или аппаратура, устанавливаемая в помещении пользователя - СРЕ) и базовая станция (БС). Одна базовая станция и один или несколько WiMAX-терминалов могут организовать ячейку со структурой «точка - многоточка». БС осуществляет контроль и управление процессом передачи внутри ячейки, а также имеет доступ к среде передачи данных через пользовательское оборудование, назначает параметры QoS и обеспечивает механизмы безопасности. Структура сети WiMAX представлена на рисунке 16.3.

Базовая станция Siemens Way-МАХ может работать с четырьмя секторами. Интерфейс БС с опорной сетью - 10/100/1000 BaseT.

Базовая станция способна функ­ционировать в режимах дуплексной передачи с частотным (FDD) и временным (TDD) разделением. Кроме того, возможна поддержка H-FDD (Half-duplex FDD). В случае режима TDD сеть может быть синхронизирована через GPS во избе­жание интерференции между базовыми станциями.

Разнесенный прием и разделение на подканалы позволяет увеличить мощность сигнала на приёмнике базовой станции. Радиомодем (WayMAX CPE) может работать с каналами шириной от 3,5 до 14 МГц (с шагом в 0,25 МГц), а также с каналом шириной 1,75 МГц. При этом используется один из следующих видов модуляции: ВР-SK, QPSK, I6QAM или 64QAM.

Контроль качества услуг (QoS) в стандарте IEEE 802.16 осуществля­ется с помощью четырёх разных механизмов формирования очередей: резервирования полосы частот (Unsolicited Grant Service, UGS); механизма опроса rt-PS (Real Time Polling Service) для услуг, требующих качества реального времени; механизма опроса nrt-PS (Non-Real Time Polling Service) для услуг, не требующих качества реального времени; обслуживания по остаточному принципу (Best Effort, BE). Поддержка всех этих классов качества предусмотрена в решении WayMAX компании Siemens. Такие параметры QoS, как пиковая скорость передачи данных (Peak Data Rate, PDR), гарантированная скорость передачи данных (Guaranteed Data Rate, GDR) и приоритет пользователя (категория обслуживания) могут быть сформированы для каждой отдельной услуги и независимо для направлений «вверх» и «вниз». Дополнительно в системе предусмотрена сигнализация для динамического включения услуги QoS и формирования параметров трафика. Параметры QoS могут варьироваться в процессе соединения посредством передачи служебных сообщений Dynamic Services. Решение WayMAX предполагает также возможность избыточного бронирования радиоресурсов.

Рисунок 16.4 - Сценарии использования технологии WiMAX

Говоря о WiMAX, не следует забывать и о потенциале для эволю­ции этой технологии. Основные этапы предстоящего пути показаны на рисунке 16.4.

На данный момент доступен сценарий использования технологии WiMAX для фиксированного доступа. Минимальный набор услуг, которые оказываются абонентам, выглядит примерно так:

• передача данных: высокоскоростной доступ в Интернет (HSIA), e-mail, пересылка файлов, расширение офиса, передача музыки, по­токовое аудио;

• высококачественные видеоуслуги: видео по запросу, телевещание, потоковое видео;

• пакетированная передача голоса в реальном времени (VoIP, потоковое аудио в реальном времени);

• видео в реальном времени: видеоконференции, видеосвязь сетевые/межсетевые игры, потоковое видео в реальном времени;

• услуги TDM.

Список возможных услуг ограничивается лишь пропускной способностью радиоканала (до 14 МГц на абонента) и воображением оператора, а не только перечисленными возможностями.

К преимуществам решения Way-МАХ можно отнести следующие его особенности:

• сеть стандарта WiMAX проста в развертывании и в наращивании площади покрытия;

• базовые станции сети действуют в радиусе до 50 км²;

• полоса пропускания стандарта достигает 14 МГц на абонента;

• одна базовая станция Way-МАХ способна обслуживать большое число пользователей, предоставляя более чем приемлемые качество и скорость соединения.

Все вышеизложенное говорит не только о перспективности стандарта WiMAX, но и о его явных отличиях от существующих стандартов мобильной связи. Отличия эти заключаются прежде всего в предназначении самой техноло­гии: она может использоваться как для фиксированного доступа, так и для мобильной связи.

WiMAX, предлагает заведомо более высокие скорости передачи данных, чем даже самые последние стандарты сотовой связи (GSM/GPRS/EDGE/UMTS/HSDPA, cdma2000/EV-DO/EV-DV), которые, однако, предлагают своим абонентам возможность передвигаться во время сеанса связи. Между тем WiMAX предназначался все-таки для фиксированной связи. Характеристики различных беспроводных стандартов относительно друг друга в координатах «Скорость передачи данных - Мобильность» схематически показаны на рисунке 16.5.

Как видно на рисунке, различные беспроводные технологии занимают свои ниши, предлагая разный уровень мобильности - от практически фиксированных Bluetooth и Wi-Fi до супермобильного UMTS. При этом WiMAX не конкурирует ни с одним из указанных стандартов, а, наоборот, дополняет их, занимая промежуточное положение.

Рисунок 16.5 - Позиционирование различных технологий в координатах «Скорость передачи данных - Мобильность»

Что касается взаимоотношений со стандартом Wi-Fi, то по замыслу WiMAX Forum, одним из основных сценариев использования WiMAX является обеспечение транспорта для Wi-Fi-точек доступа (рисунок 16.6).

Таким образом, технология WiMAX не замещает собой технологию доступа Wi-Fi, а дополняет возможности беспроводных сетей, соединяя центры доступа 802.11 с Интернетом и предоставляя альтернативное беспроводное решение «последней мили» для широкополосного подключения к Интернету офисов и жилых домов.

Что касается операторов подвижной связи, то для них могут быть два варианта использования WiMAX:

• в качестве транспорта для мобильных сетей GSM/GPRS/EDGE/UMTS/HSDPA или cdma2000/EV-DO/EV-DV;

• для предоставления абонентам (прежним или новым) высоко­скоростного фиксированного доступа в Интернет.

При построении сети подвижной связи для покрытия определенной территории помимо коммутатора и опорного регистра требуется контролер базовых станций BSC (или контроллер радиосети RNC для сети 3G) и некоторое количество базовых станций BTS (Node В для 3G). Каждая базовая станция покрывает определенную территорию и обслуживает известное количество абонентов. В зависимости от количества абонентов, обслуживаемых одной базовой станцией в часы наибольшей нагрузки, уровня их активности и набора доступных сервисов, устанавливается пропускная способность канала связи базовой станции. Причем каждая станция в любом случае требует постоянного подключения к контроллеру, хотя иногда станции располагаются в очень неудобных для этого местах.

Рисунок 16.6 - WiMAX - транспорт для Wi-Fi

Например, при обеспечении покрытия сельских территорий базовые станции приходится ставить там, где не проложены ни медные, ни оптоволоконные кабели. Характерная особенность таких станций - небольшое количество обслуживаемых абонентов и, соответственно, невысокие требования к пропускной способности канала. В таких случаях часто используется радиорелейная технология. Один из ее недостатков - необходимость подключения каждой базовой станции отдельной парой радиорелейных приемопередатчиков по схеме «точка - точка».

Рисунок 16.6 - Сценарий использования решения WiMAX для подключения базовых станций сети подвижной связи

Компания Siemens предлагает использовать для подключения труднодоступных базовых станций решение WiMAX. Его главным преимуществом по сравнению с радиорелейным подключением является возможность обслуживания одной станцией нескольких пользовательских устройств по схеме «точка - многоточка». Таким образом, одна ВС WiMAX, подключённая к контроллеру сети GSM или 3G, может поддерживать со­единение с несколькими пользовательскими устройствами WiMAX,

которые подключены к базовым станциям той же сети GSM или 3G (рисунок 3.5.). Такое решение позволяет подключать по радиоканалу отдаленные базовые станции (BTS или Node В) и упрощает структуру сети.

Существует целый набор требований, которым должны удовлетворять транспортные каналы, используемые для соединения базовых станций и контроллера:

• процент ошибочных битов (BER) не выше 10⁶;

• задержка - не больше 10 мс, джиттер - 1 мс;

• гарантированная доступность соединения – 99 %;

• пропускная способность на одну базовую станцию - 2 Мбит/с (Е I) + заголовок;

• класс качества - rt-PS;

• синхронизация через GPS.

Решение WiMAX удовлетворяет всем перечисленным требованиям.

Особый интерес представляет возможность подключения нано-базовых станций к нано-контроллеру базовых станций, В линейке продуктов для операторов GSM - сетей компания Siemens предлагает решения nanoGSM и nanoEDGE. Учитывая, что и нано-БС, и нано-контроллер используют для подключения интерфейсы Ethernet, методика внедрения WiMAX значительно упрощается. Ведь необходимости в конвертации TDM-потока в Ethernet больше нет. Рассматривая возможность подключения нано-станций через WiMAX нужно иметь в виду, что каждая базовая станция такого типа поддерживает в радиоинтерфейсе до восьми потоков по 64 кбит/с. Это говорит о небольшой нагрузке на канал связи с контроллером. В результате по одному каналу шириной 5 МГц можно подключить три - четыре нано-БС.

Высокие темпы роста рынка беспроводного широкополосного доступа и развитие технологии WiMAX не должны остаться незамеченными операторами мобильной связи. Перспективность их выхода на рынок широкополосного доступа становится тем очевиднее, чем сильнее замедляется рост рынка мобильной связи. К примеру, рост числа пользователей Wi-Fi в западных странах превышает рост абонентов 3G. Разворачивая сети WiMAX, операторы мобильной связи могут занять новую для себя рыночную нишу услуг фиксированного доступа и привлечь большое число новых абонентов.

Говоря о беспроводном широкополосном доступе, и о стандарте WiMAX в особенности, не стоит забывать об одном из его предназначений - услуге Voice over IP (VoIP). Предоставляя такие услуги, оператор должен быть способен не только брать фиксированную абонентскую плату, но и тарифицировать разговоры в зависимости от продолжительности, как это происходит в обычных мобильных сетях.

При построении сети WiMAX операторы мобильной связи изначально находятся в выгодном положении, так как могут использовать для этого значительную часть уже имеющегося оборудования, например регистры HLR, SMS-центры, центры тарификации и биллинга, prepaid-платформы. Для подключения сети широкополосного беспроводного доступа к пе­речисленным узлам компания Siemens разработала решение Wireless Integration Platform (WIP). Естественно, для абонентов мобильной связи и пользователей беспроводного широкополосного доступа может использоваться единая платформа IMS.

Решение WIP позволяет оператору включить сеть WiMAX в уже существующую сеть подвижной связи, а также предоставляет необходимую функциональность для легкой, быстрой и эффективной интеграции системы беспроводного широкополосного доступа (к примеру, решения WayMAX).

Основные характеристики решения WIP таковы:

• поддержка различных моделей и методов тарификации (prepaid, postpaid);

• возможность использования различных методов оплаты (электронный ваучер, бумажный ваучер, кредитная карта, единый счет);

• возможность аутентификации/авторизации в уже установленном в сети ААА-сервере;

• возможность аутентификации с помощью EAP-SIM в HLR подвижной сети

• поддержка роуминга в соответствии со стандартом WISP-R;

• поддержка различных видов доступа (WiMAX, Wi-Fi, Flash-OFDM) одновременно.

Пример включения решения системы широкополосного бес­проводного доступа в существую­щую сеть подвижной связи приве­ден на рис. 16.7.

Рисунок 16.7 - Интеграция решения беспроводного доступа

и сети подвижной связи

Одним из главных элементов будущих сетей, как мобильных, так и фиксированных, станет стандартизированная платформа для мультимедийных приложений IMS (IP Multimedia Solution). Изначально она была разработана организацией 3GPP для сетей мобильной связи третьего поколения. IMS расширяла их функциональность с помощью IP-приложений и сервисов, поддержка которых осуществлялась через протокол SIP (Session Initiation Protocol). Однако универсальность IMS-архитектуры привлекла к ней внимание и операторов фиксированной связи. В связи с этим организация TISPAN (подразделение ETSI) адаптировала архитектуру IMS в соответствии с их требованиями. Получившаяся архитектура является основой будущих конвергентных сетей.