5.4.3. Канальный уровень

Система мультиплексирования по времени имеет специфическую, иерархическую структуру. Отдельные временные домены объединяются в мультифреймы. Упрощенная схема структуры показана на рис. 73.

Каждый временной домен (TDM) содержит 148-битовый кадр данных, начинающийся и завершающийся последовательностью из трех нулей. Кадр имеет два 57-битовых поля данных, каждое из них имеет специальный бит, который указывает на то, что лежит в кадре — голос или данные. Между информационными полями размещается поле синхронизации (Sync). Хотя информационный кадр имеет длительность 547 мксек, передатчику позволено передавать его лишь раз в 4615 мксек, так как остальное время зарезервировано для передачи другими станциями. Если исключить накладные расходы каждому соединению выделена полоса (без учета сжатия данных) 9,600 бит/с.

Восемь информационных кадров образуют TDM-кадр, а 26 TDM-кадров объединяются в 128-микросекундный мультифрейм. Как видно из рис. 73, позиция 12 в мультифрейме занята для целей управления, а 25-я зарезервирована для будущих применений.

Рис. 73. Структура кадров в GSM

5.4.4. Передача данных в беспроводной сети gsm

Алгоритм обслуживания мобильной связи достаточно нетривиален. Из рис. 70 видно, что области перекрываются (иначе бы существовали «мертвые» зоны без связи). Существуют даже субобласти, накрываемые тремя MSC. По это причине процедура должна четко определить, с каким из MSC клиент должен быть связан, и при каких условиях его следует переключить на соседний MSC, не прерывая связи.

Система должна также компенсировать падение сигнала, иногда достаточно резкое, чтобы обеспечить комфортную связь и безошибочную передачу информации. По этой причине частота ошибок (BER) в таких сетях составляет 10^-3 (против 10^-6 для обычных стационарных цифровых каналов связи).

Следует иметь в виду, что в условиях города сигнал падает пропорционально не квадрату, а четвертой степени расстояния. На распространение радиоволн в городе влияют ориентация улиц (до 20 дБ), туннели (до 30 дБ) и листва деревьев в сельской местности (до 18 дБ).

5.5. Организация связи беспроводных сетей с региональными сетями

В январе 2003 г. был принят стандарт 802.16 уровня МАС (табл. 7), который предназначен для реализации широкополосных каналов последней мили в городских сетях (MAN). Его задачей является обеспечения сетевого уровня между локальными (IEEE 802.11) и региональными сетями (WAN), где планируется применение разрабатываемого стандарта IEEE 802.20. Эти стандарты совместно со стандартом IEEE 802.15 (PAN – Personal Area Network – Bluetooth) и 802.17 (мосты уровня МАС) образуют взаимосогласованную иерархию протоколов беспроводной связи.

Таблица 7

Краткие характеристики семейства стандарта 802.16
Название стандарта	802.16	802.16a	802.16e
Дата принятия	декабрь 2001	январь 2003	середина 2004
Частотный диапазон	10-66 ГГц	2-11 ГГц	2-6 ГГц
Быстродействие	32-135 Мбит/с для 28 МГц-канала	до 75 Мбит/с для 28 МГц-канала	до 15 Мбит/с для 5 МГц-канала
Ширина канала	20, 25 и 28 МГц	Регулируемая 1,5-20 МГц	Регулируемая 1,5-20 МГц
Радиус действия	2-5 км	7-10 км, макс. радиус 50 км	2-5 км
Условия работы	Прямая видимость	Работа на отражениях	Работа на отражениях

Стандарт покрывает диапазон частот от 2 до 11 ГГц. Базовая станция (BS), следующая стандарту 802.16, размещается в здании или на вышке и осуществляет связь со станциями клиентов (SS) по схеме точка - мультиточка. Возможен сеточный режим связи, когда любые клиенты могут осуществлять связь между собой непосредственно, а антенные системы, как правило, являются всенаправленными. Базовая станция предоставляет соединение с основной сетью и радиоканалы к другим станциям. Диапазон рабочих расстояний может достигать 50 км (в случае прямой видимости) при типовом радиусе сети 7-10 км, где пропускная способность может быть гарантированной. Предусмотрен также режим мультиточка - мультиточка. Клиентская станция может быть радио-терминалом или повторителем (более типично) для организации локального трафика. Схема взаимодействия радиосетей в случае использования стандарта IEEE 802.16 показана на рис. 68.

Рис. 74.  Применение стандарта IEEE 802.16 в системе

радиокоммуникаций

Трафик может проходить через несколько повторителей, прежде чем достигнет клиента. Антенны в этом случае являются направленными с возможностью дистанционной настройки. Терминальная станция клиента обычно имеет остронаправленную антенну. По этой причине положение антенны должно быть жестко фиксировано и устойчиво к ветру и другим потенциальным источникам вибрации. Широкополосные системы доступа к радиосети, помимо BS и SS, содержат клиентское терминальное оборудование (TE), оборудование основной сети, межузловые каналы и повторители (RS). Повторители используются, когда между конечными точками канала нет прямой видимости. Повторитель передает сигнал от BS к одной или нескольким SS.

Канал связи предполагает наличие двух практически независимых направлений обмена: отправитель-получатель (uplink – восходящий канал) и получатель-отправитель (downlink – нисходящий канал; по аналогии со спутниковыми каналами). Эти два субканала используют разные не перекрывающиеся частотные диапазоны.

Следует отметить, что BS обычно размещаются на высоких зданиях и имеют всенаправленные антенны, и это увеличивает вероятность обеспечения прямой видимости. С другой стороны, SS чаще размещаются на небольших высотах, что уменьшает вероятность гарантированной прямой видимости.

Стандартный полнодуплексный канал базовой станции может иметь пропускную способность 75 Мбит/с. Такой канал обеспечивает до 60 соединений Т1 и сотни связей с домами, использующими DSL-подключения (при полосе 20 МГц). При этом гарантируются минимальные задержки, что важно при передаче голоса.

Стандарт 802.16 может решать задачи, которые возникают в каналах с асимметричным трафиком. Сейчас они часто решаются клиентами и сервис - провайдерами путем заказа выделенных линий. Внедрение нового стандарта позволит отказаться от выделенных каналов, обходясь во многих случаях исключительно беспроводными средствами.

Продвижением стандарта 802.16 занимается консорциум WiMAX (World Interoperability for Microwave Access), куда входят Fujitsu, Intel и Nokia.