CC BY
54
т
Гибкие конфигурации опорных сетей
В условиях бурного развития новых технологий сотовой мобильной связи организация адекватной им опорной сети может стать ощутимой проблемой. Видный обозреватель журнала «Eastern European Wireless Communications» в статье, изложение которой приведено ниже, рассматривает некоторые современные решения по организации опорной инфраструктуры типа «точка - точка» и «точка - многоточка»
агрузка контента и «Web-серфинг» с помощью мобильных телефонов стали реальностью после внедрения технологий мобильной связи следующего поколения (3G, HSDPA). Как побочный эффект данного явления, возросла потребность в широкополосной опорной сети связи. Операторам потребовались решения, которые легко реализовывать и развивать по мере роста спроса на услуги. Стали необходимыми также высокая гибкость сети при смене структуры пользования услугами и беспроводные решения, требующие минимального времени внедрения и не создающие проблем, которые обычно создают кабельные опорные сети. Речь идет, прежде всего, о необходимости выкапывания траншей и прокладки канализации для кабельной инфраструктуры.
Топология «точка - многоточка» (РТМР) имеет преимущество по затратам по сравнению с альтернативным решением и с использованием арендуемых линий связи. Она требует минимального оборудования, обеспечивает большее количество опций для эффективного обслуживания каналов и проще с точки зрения последующего развития опорной сети.
Этими преимуществами в полной мере обладает оборудование AiReach Broadband 9800 (AB9800) компании Hughes, являющееся системой микроволновой связи, обеспечивающей
Век Качества N° 3
операторам мобильной связи широкополосные каналы типа РТМР для организации опорной сети. С помощью данного оборудования операторы получают гибкое и эффективное решение для организации опорной
Система РТР 500 фирмы Моїогоіо работает на линиях, длина которым достигает 250 км
сети передачи мобильного трафика между узлами сотовой сети. Оборудование не только позволяет удовлетворить растущие потребности в пропускной способности, но и обеспечивает передачу смешанного трафика, состоящего из сигналов в форматах АТМ, TDM и Ethernet. Решения с использованием системы АВ9800 должно обеспечить операторам гибкость и эффективность затрат при развитии сети мобильной связи в целом.
Решения на базе структур РТМР целесообразно использовать также в условиях городской среды, где плотность базовых станций 2G/3G может оказаться относительно высокой при расстояниях между узлами, в пределах 0,4—3 км. Как известно, линии связи топологии «точка — точка» (РТР) могут потребовать укомплектования базовых станций парами приемопередатчиков на каждом направлении опорной сети, тогда как многоточечное решение может иметь только одну центральную станцию (hub) для связи с большим числом базовых станций. В том случае, когда требуется линия связи только между двумя точками, решение типа РТР, организованное, например, на базе радиорелейного оборудования РТР500 фирмы Motorola, может обеспечить всю необходимую функциональность по передаче мобильного трафика.
Система АВ9800 поддерживает транспортные технологии АТМ, TDM и Ethernet. Передача трафика трех форматов по одной и той же опорной сети и с использованием одного и того же передающего оборудования позволяет уменьшить сложность опорной сети. Данное решение позволяет оператору передавать GSM-трафик в формате TDM, a UMTS-трафик в форматах АТМ или TDM непосредственно по каналам мультиплексоров SDH, используемых совместно с оборудованием АВ9800. Для корпоративных приложений, услуг типа «Metro-Ethernet» и служб аренды трактов Е1 узловая платформа на базе оборудования АВ9800 фирмы Hughes также может использоваться с успехом. При этом производитель данной системы с помощью единой системы обеспечивает управление сетью. Используемый для этого OSS-интерфейс, который выполнен в северном исполнении, фирма Hughes считает одним из ключевых достоинств системы АВ9800. Имеются данные, что данная система передачи сопрягается также с OSS-системами NetAct и NetCool фирмы Nokia.
Развертывание опорной сети
Система типа РТМР содержит несколько центральных станций, которые обеспечивают необходимое количество широкополосных бес-
проводных трактов передачи для проектной зоны покрытия опорной сетью. Каждая центральная станция может иметь один или несколько секторов, на каждом из которых установлено радиооборудование АВ9800 или узловые терминалы. В качестве опции в оборудование станции может встраиваться АТМ-концентра-тор для объединения АТМ-трафика, поступающего от индивидуальных секторальных радиоприемных устройств. Каждый узловой терминал работает на своем радиоканале и может обеспечивать связь с одним или несколькими удаленными терминалами.
Узловые станции соединены с центральным офисом посредством сети транспортных каналов и трактов, работающих в технологиях передачи TDM, ATM и Ethernet. Сеть содержит элементы системы управления (EMS), которая обеспечивает управление сетью из центрального офиса.
Удаленный терминал обеспечивает следующие типы пользовательских интерфейсов: E1-TDM, E1-ATM, T1-IMA, T3-ATM, STM-1 и Ethernet. Bce интерфейсы полностью поддерживают типовой набор уровней качества передачи информации. Пользовательский трафик может включать информацию от систем мобильной связи поколений 2G, 3G, систем WiMAX, Wi-Fi, metro-Ethernet, от арендованных каналов АТМ или TDM и других источников. Для передачи трафика от указанных источников по опорной инфраструктуре узловые станции поддерживают три режима работы — TDM, ATM и IP и могут переходить от одного режима к другому без использования дополнительного оборудования на узловых терминалах.
Фактически узловая станция может работать в нескольких режимах передачи в одно и то же время. Радиооборудование системы АВ9800 позволяет работать через радиоинтерфейсы трех видов модуляции: QPSK, 16-QAM, 64-QAM. Bce три вида модуляции поддерживаются одним и тем же радиочастотным каналом. При этом каждый сектор может обеспечить как большую дальность передачи, присущую модуляции QPSK, так и высокую пропускную способность, достигаемую с использованием модуляции 64-QAM. Способность системы АВ9800 работать по трем различным радиоинтерфейсам позволяет оптимизировать радиочастотный план для каждого сектора передачи.
Износостойкость опорной сети
Каждая узловая станция может быть подключена к нескольким узловым терминалам. Терминал состоит
из внутристанцион-ного оборудования (ГОИ), оборудования внешнего размещения (ОБИ) и секционированной антенны.
Один терминал требуется на каждый радиочастотный канал с полосой частот 28 МГц, и каждый их них поддерживает три типа модуляции, обеспечивая суммарную пропускную способность 92 Мбит/с.
Антенные сектора могут иметь апертуру 90 и 180 градусов, что обеспечивает необходимую гибкость размещения оборудования и антенн на реальной местности. Дополнительные опции обеспечивают использование одной антенны одновременно двумя комплектами внешнего оборудования ОБИ или распределение сигнала с выхода одного ОБИ между несколькими антеннами. Система АВ9800 при ее размещении на узловой станции в сети топологии РТМР поддерживает схемы резервирования 1:1 и 1:Ы. Узловые терминалы оборудуются встроенными АТМ-концентраторами. АТМ-концентратор узловой станции (АСИ-НТ) обеспечивает стандартную радиофункциональность терминала (радиоканал с полосой 28 МГц и пропускной способностью 92 Мбит/с), а также функцию АТМ-концентрации. Узел концентрации используется для объединения трафика от различных секторов и передачи его по опорной сети, что позволяет избежать необходимости использования АТМ-комму-татора или АТМ-кроссконектора. Трафик, поступающий от узловых терминалов (численностью от одного до восьми), концентрируется оборудованием АСИ-НТ и размещается в одном групповом тракте 8ТМ-1 опорной сети. Может быть использована также другая конфигурация объединения трафика, при которой трафик от шести секторов объединяется на двух интерфейсах 8ТМ-1 опорной сети.
Архитектура узловой станции на базе оборудования АВ9800 является в определенном смысле уникальной по сравнению с типовыми архитектурами других многоточечных систем передачи. Каждый радиочастотный канал узловой станции организуется с помощью отдельного независимого блока, а каждый внутри-станционный оконечный блок имеет собственный контейнер, блок питания и сетевые интерфейсы, что позволяет использовать его в быстро развивающихся станционных комплексах, где оборудование одно-
На каждой узловой приемо-передающей станции типа РМР Hub Station фирмы Hughes основное место занимают несколько узловых терминалов, каждый из которых состоит из станционного блока, блока наружного размещения и секционированной антенны
го сектора может быть размещено на одномодульной стативной полке. С точки зрения разработчика оборудования АВ9800 — компании
Hughes, такое конструктивное решение при размещении станционного оборудования позволяет экономично использовать установочное пространство аппаратного статива, особенно при размещении оборудования первого сектора на начальном этапе развития сети. Для наращивания эффективности передачи трафика мнготочечная система располагает такими возможностями, как статистическое мультиплексирование, динамическая адаптивная модуляция и динамический выбор ширины полосы частот, позволяющими оператору получать дополнительную прибыль при минимальном обновлении программного обеспечения на опорной сети РТМР.
Статистическое мультиплексирование рекомендовано стандартом на интерфейс АТМ UNI для узловых пунктов. Совместное использование канала несколькими соединениями с различной скоростью передачи может оказаться эффективным на сетях радиальной структуры типа «точка — многоточка», где совместная работа нескольких источников на линиях «вниз» может снизить потери из-за неиспользуемой пропускной способности.
Динамическая адаптивная модуляция (DAM) обеспечивает пропускную способность, которая может быть увеличена системой передачи при благоприятных атмосферных условиях. Если мощность сигнала велика, то для повышения пропускной способности канала может быть использована модуляция высокого порядка, в частности 64-QAM. Однако как только коэффициент готовности тракта связи при передаче данных станет ниже значений, допустимых
Май-июнь 2009 г.
3S
(І
для передачи речи, может быть высвобождена дополнительная пропускная способность за счет перехода на модуляцию DAM, но только на тех станциях сети, которые перед этим осуществляли передачу данных, используя модуляцию QPSK. Динамическое управление пропускной способностью канала обеспечивает распределенное использование радиочастотных ресурсов каждого сектора системы, что в свою очередь позволяет предоставлять удаленным терминалам необходимую пропускную способность. Данное свойство системы представляет особый интерес для операторов мобильной связи, внедряющих технологию HSPA на своих сетях 3G. Динамическое управление пропускной способностью может обеспечить ее дополнительное наращивание на каждом направлении передачи, если в этом возникнет потребность у соответствующих базовых станций 3G. Система АВ9800 гарантирует минимально допустимую пропускную способность для передачи каждой услуги связи, однако при возникновении пиковых нагрузок на радионаправлении система динамического управления пропускной способностью в реальном масштабе времени выделяет дополнительную, ранее неиспользуемую пропускную способность.
Для стационарных сетевых решений типа «точка — точка» компания Motorola предлагает систему РТР500, которая имеет на рынке репутацию надежного, высокоскоростного и механически стойкого радиорелейного оборудования для опорной сети. Однако РТР500 предназначена для работы не на коротких линиях прямой видимости, а на линиях длиной до 250 км со сложными погодными условиями. Рекомендуемые сферы применения данной системы включают сети IP-телефонии (VoIP), телемедицинские сети и распределенные системы видеонаблюдения на местности, непригодной для использования проводной инфраструктуры. Для большей безопасности работы данного оборудования на удаленных объектах его необходимо оснастить блоком грозозащиты.
Функционально система РТР500 является Ethernet-мостом, который работает в диапазонах 5,4 и 5,8 ГГц и обеспечивает передачу данных со скоростями до 105 Мбит/с. Компания Motorola утверждает, что оборудование РТР500 обеспечивает вероятность доступа к каналу опорной сети не хуже 99,99% при любых условиях окружающей среды. Высокие функциональные характеристики и отказоустойчивость оборудования, столь необходимые для его использования в опорных сетях, обеспечи-
Век Качества N° 3
ваются такими технологиями, как MIMO, интеллектуальное ортогональное частотное мультиплексирование, перспективный метод управления спектром и адаптивная модуляция. Компания Motorola предлагает также специальный прибор — LINK Planner, который предназначен для определения параметров будущей линии связи на этапе, предшествующем закупке необходимого оборудования. Прибор основан на учете географии трассы, расстояния между станциями и необходимой мощности передатчиков. С помощью этого прибора пользователи могут конфигурировать как одноканальные, так и многоканальные тракты и одновременно отображать полную структуру сети.
По мнению другого видного участника рынка оборудования для опорных сетей мобильной связи — компании 4RF, современные достижения в области радиочастотного планирования и цифровой радиоэлектроники позволили создать новое поколение цифровых систем радиосвязи прямой видимости типа РТР. Эти радиосистемы предназначены для разработки высокоэффективных и экономичных технических решений, позволяющих строить длинные радиорелейные линии, работающие в лицензируемых диапазонах ниже 3 ГГц. Компания 4RF, специализирующаяся на разработке именно таких решений, предлагает на рынке как свои инновационные технологии, так и конкретные технические решения, обеспечивающие организацию однопролетных радиорелейных трактов связи длиной более 100 км, на которых скорость передачи информации может достигать 65 Мбит/с. По информации компании, интегральная сетевая структура, организуемая с помощью ее технических решений, обеспечивает передачу традиционной телефонии и передачу данных в IP-протоколе и в синхронном режиме. Поэтому данная структура может быть использована в перспективных беспроводных платформах на сетях связи с конвергенцией услуг. При использовании в оборудовании компании 4RF подсистем автоматического выбора вида модуляции в зависимости от состояния среды передачи и при высоком коэффициенте усиления в тракте связи ее системы передачи, предназначенные для диапазонов ниже 3 ГГц, могут работать на линиях длиной более 250 км при соответствующем рельефе местности и высоте используемых антенн. Линии РРЛ-свя-зи с пролетом такой большой длины не обеспечивают хороших показателей эффективность/стоимость при работе радиотракта в диапазонах выше 3 ГГц, когда часто возникает не-
обходимость в промежуточных пунктах регенерации и в сопутствующей инфраструктуре.
Лицензируемые и нелицензируемые линии микроволновой связи
Руководство компании 4RF полагает, что использование нелицензиру-емых радиорелейных трактов связи в качестве альтернативы обычным цифровым РРЛ, работающим в лицензируемых диапазонах, является весьма заманчивым и часто предлагается в целях экономии затрат и как возможность избежать формальных процедур лицензирования. Скорее, теоретическая, а не практическая способность систем, использующих технологию расширения спектра (Spread Spectrum Systems), подавлять интерференцию, привела, по мнению специалистов, к их свободному и несогласованному использованию в диапазонах 2,4 ГГц и 5,8 ГГц, выделенных для промышленного, научного и медицинского применения, а также в диапазоне 5,4 ГГц, выделенном для беспроводных LAN новейшей разработки. В последнем случае нелицензи-руемый характер оперативной деятельности в указанном диапазоне уже привел к бесконтрольному свободному использованию другого беспроводного офисного оборудования, беспроводных телефонов и даже офисных микроволновых систем связи.
Несмотря на то что уровень интерференции может оказаться допустимым на начальном этапе организации сети, тем не менее, невозможно предусмотреть необходимую степень защиты от интерференции, которая может возникнуть через год, месяц или даже через день после инсталляции оборудования. Уровень интерференции может быть снижен только за счет разработки радиолиний с очень высокими показателями подавления излучения на границах луча в радиолинии прямой видимости. Однако такие меры дают эффект, в основном, на более коротких линиях связи, чем те, которые указаны производителем радиорелейного оборудования в ее документации. Данная ситуация контрастирует с условиями, которые предоставляются оператору компетентными органами с помощью государственной системы лицензирования частотных присвоений. Благодаря системе лицензирования будущий лицензиат может рассчитывать на то, что он не будет иметь двойников на своих частотных присвоениях, и на то, что будет поддерживаться необходимый уровень защиты от интерференции. Долгосрочные издержки и риск интерференции ограничивают применение нелицензируемых систем в сетевых
Компания 4RF считает, что антенны,работающие в низкочастотных диапазонах, позволяют снизить требования к жесткости антенных мачт. Многие из таких антенных систем могут монтироваться на деревянных (а) и стальных (б) шестах
структурах временного характера. В условиях, когда большое значение имеет фактор безопасности и надежности связи, использование нелицензируемых систем связи в инфраструктурах специального назначения или общественной безопасности является нецелесообразным, поскольку неизбежно приводит к нарушениям связи.
На текущий момент уже отраслевой аксиомой стало положение о том, что затраты на антенны доминируют в общем объеме затрат на беспроводную сеть, а стоимость самих антенн и их установки намного превышает стоимость радиооборудования. Часто упускают из виду вопрос о том, какое влияние на конечные затраты оказывает правильный выбор антенны. Антенны, работающие на низкочастотных диапазонах, имеют более широкий эпюр излучения по сравнению с антеннами таких же размеров и геометрии, но работающими на более высоких частотах. Как следствие, низкочастотные антенны предъявляют невысокие требования к жесткости мачт и вышек, что обеспечивает экономию затрат при инсталляции объектов на сети связи. Действительно, многие подобные антенные системы и оборудование внешнего размещения могут монтироваться на простых деревянных или стальных шестах. Антенные тарелки решетчатой структуры используются для низкочастотных микроволновых систем связи. Такие антенны дешевле, имеют более грубую конструкцию, чем антенны диапазона 3 ГГц с высокоточной отражающей поверхностью и высокой ветроустойчивостью, что является важным фактором при монтаже антенны на сильно нагруженных вышках.
с с с.
Компания Celtro специализируется на решениях, которые разрабатываются для повышения эксплуатационных характеристик и пропускной способности существующей инфраструктуры опорных сетей. Она имеет реализованные проекты в России и странах СНГ, где ее система DynaMate находится в эксплуатации с 2004 г. Клиентами компании являются все три ведущих российских оператора мобильной связи — Билайн, МТС и Мегафон. Celtro работает на российском рынке оборудования для опорных сетей, обладая полным арсеналом современных технологий мобильной связи. Солидный опыт работы в качестве поставщика оборудования позволяет ей сделать вывод, что российские операторы хотят иметь наиболее перспективные технологии из тех, что доступны на текущий момент на рынке. Это, в частности, узловые базовые станции (Node Bs), поддерживающие технологии HSDPA 7,2 Мбит/с, системы пакетной коммутации и мультипротокольной коммутации меток (IP/MPLS) c функцией VPN Layer 2 и 3, межсетевые шлюзы и другое самое современное сетевое оборудование. Однако в процессе работы на российском рынке компания Celtro столкнулась с рядом крупных проблем. Во-первых, в России наблюдаются низкие темпы развертывания широкополосных услуг 3G, что вызвано отсутствием необходимого частотного ресурса. Данная ситуация требует серьезной адаптации стандартных решений в области сетей 3G к российским условиям. К этому следует добавить сложную региональную географию, которая охватывает обширные территории и зачастую вынуждает строить сетевые узлы и пункты размещения базовых станций на больших расстояниях друг от друга. Данное об-
стоятельство существенно осложняет строительство опорной сети и ее оперативное обслуживание. Кроме того, существует проблема слабого развития, а порой и полного отсутствия инфраструктуры Интернета в некоторых регионах Российской Федерации.
По мнению все той же компании Celtra, когда на мобильного оператора, желающего организовать свой бизнес в России, сваливаются заботы по организации опорной сети, ему приходится преодолевать целый ряд специфических препятствий и проблем. Во-первых, показатель ARPU в России и странах СНГ весьма невысок и составляет от 5 до 10 долларов в месяц. Поэтому оператору трудно внедрять новые услуги, которые могут генерировать ему дополнительный доход. Во-вторых, в стране ощущается недостаток других, альтернативных сетей связи, а в результате мобильная инфраструктура используется для доступа в Интернет, что оказывает отрицательное воздействие на пропускную способность сети мобильной связи в целом и особенно ее транспортной составляющей. В-третьих, как утверждает опять же компания Celtro, оперативные расходы в регионе довольно высоки из-за сложной географии местности, низкой надежности каналов, а также очень высокой стоимости первичных групповых трактов Е1, использование которых на межстан-ционных линиях рассчитывается по тарифам дальней связи. Только две российские компании продают мобильным операторам первичные групповые тракты Е1, что делает конкуренцию и снижение цен за аренду каналов и групповых трактов практически невозможными.
Ситуация в странах СНГ еще хуже, поскольку почти во всех государствах Содружества действует только один поставщик услуг связи. По мнению Celtro, это означает полную невозможность снижения стоимости услуг связи. Компания также убеждена, что высокий процент абонентов, пользующихся услугами мобильной связи по системе предоплаты, очень мешает операторам правильно планировать и эффективно управлять своими сетями. Наконец, плохие климатические условия делают невозможным регулярное обслуживание некоторых узлов и базовых станций сети в определенное время года. Сложные условия обслуживания отдельных объектов сети мобильной связи мешают в полной мере соблюдать требования, предъявляемые к оборудованию операторского класса. Большинство работ по инсталляции оборудования на сетях мобильной связи осуществляются в России только в летние месяцы. J По материалам журнала Eastern European Wireless Communications
Май-июнь 2009 г.
а
