Перспективы совершенствования телекоммуникационной инфраструктуры Республики Йемен Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Системы, сети

и устройства телекоммуникаций

УДК 621.395.4

Перспективы совершенствования телекоммуникационной инфраструктуры республики Йемен

Аль-Саиди Салим, Архипов Е.А., Никитин О.Р.

Рассмотрены перспективы развертывания широкополосных беспроводных телекоммуникационных сетей в республике Йемен.

Ключевые слова: беспроводные технологии, широкополосный доступ, WiMAX, HSPA, LTE.

Появление новых сетевых технологий привело к появлению новых услуг и терминов: мультимедиа телекоммуникации, услуги широкополосного доступа, услуги с гарантией времени доставки трафика и т.д. которые могут быть решены с помощью мультисервис-ных сетей.

Мультисервисная сеть связи-это единая телекоммуникационная инфраструктура для переноса-коммутации трафика произвольного типа, порожденного взаимодействием потребителей и поставщиков услуг связи с контролируемыми и гарантированными параметрами трафика, уровнями качества и конфиденциальности, свойственными каждому виду услуг.

Путем реализации указанных задач является использование систем широкополосного радиодоступа. Деятельность по предоставлению услуг широкополосного доступа с большой долей вероятности станет новой крупной нишей телекоммуникационного рынка и уже одно это вызывает повышенный интерес к ним как со стороны различного рода инвесторов, так и государственных деятелей и политиков, регуляторов рынка.

Рассмотрение тенденций развития подобных сетей по регионам мира показывает, что страны Ближнего Востока имеют в этом направлении значительное отставание.

Таблица 1. Распределение сетей широкополосного доступа по регионам мира

Регион Число сетей

Африка 95

Азиатско -Тихоокеанский 72

регион

Центральная и Южная Аме- 96

рика

Восточная Европа 75

Ближний Восток 18

Северная Америка 48

Западная Европа 64

Всего 468

Республика Йемен имеет слаборазвитую телекоммуникационную инфраструктуру. В настоящее время в государстве функционирует наземное телевизионное и радиовещание. Имеются системы мобильной сотовой связи второго поколения. Поэтому вопрос об организации общегосударственных или частных мультисервисных сетей связи очень актуален. Отсутствие серьезных экономических вложений на организацию телекоммуникационной инфраструктуры позволяет подойти к вопросу о выборе направления реализации поставленной технической задачи с позиции определения наиболее перспективного с технической и экономической стороны решения.

Решение поставленной задачи может быть осуществлено с помощью нескольких технологий, к которым могут быть отнесены мо-

бильный WiMAX, системы с технологией HSPA (High Speed Packet Access), системы LTE (Long Term Evolution). Проведем сравнение приведенных систем. Системы с технологией HSPA (High Speed Packet Access) (3GPP релиз 6) предусматривают частотное дуплексирование (FDD) с шириной каждого дуплексного канала 5 МГц. В нисходящем канале используется модуляция QPSK, либо 16-QAM, двойное пространственное разнесение на приеме (1х2 SIMO), пиковая скорость 14 Мбит/с. В восходящем канале используется модуляция BPSK, либо QPSK, антенная конфигурация 1х2 SIMO пиковая скорость 5,8 Мбит/с. В то же время на рынке были системы WiMAX (релиз 1.0) с временным дуплексированием (TDD). При аналогичной ширине полосы 10 МГц они обеспечивали скорость в нисходящем канале в 2-3 раза более высокую, чем у HSPA (поскольку в WiMAX при TDD общая пропускная способность динамически распределяется между восходящими и нисходящими каналами) [1].

Следующим шагом в эволюции системы Н8РА являются технологии Н8РА+ (релиз 7

и 8). Частотное дуплексирование (FDD) с шириной каждого канала (приема и передачи) 5 МГц, как в релизе 6. HSPA релиз 7 имеет на линии от базы 64QAM с (1x2) SIMO или 16QAM с (2x2) MIMO, а на линии к базе 16QAM и лучшие возможности для VoIP. HSPA релиз 8 поддерживает для линии от базы MIMO и 64QAM, рассматривается возможность использования MIMO больших порядков для линии от базы и MIMO для линии к базе [1]. Основные характеристики систем приведены в таблице 2.

Сравнивая мобильный WiMAX и HSPA+, можно сделать выводы:

— Мобильный WiMAX, релиз 1.5 имеет сравнимые с HSPA, релиз 8, пиковые скорости при одинаковых модуляции, кодировании и ширине канала на линии от базы. При этом у мобильного WiMAX на линии к базе более чем в два раза больше пиковая скорость;

— HSPA+ ограничено шириной канала 2 x 5 МГц в традиционных спектральных условиях сетей 3G;

— мобильный WiMAX релиз 1.5 поддерживает ширину канала до 20 МГц, дуплексирование и FDD, и TDD, и частотные профили планируются в диапазонах 700, 1700, 2300, 2500, и 3500 МГц;

— мобильный WiMAX обеспечивает «гладкую» полностью IP e2e сеть.

Следующим шагом в эволюции системы 3GPP являются системы LTE. Их отличает технология OFDMA в нисходящем канале и SC-OFDMA в восходящем канале. OFDMA на линии от базы с модуляцией 64QAM. Это полностью IP e2e сеть.

К характеристикам системы могут быть отнесены: ширина канала до 20 МГц, возможность использования TDD и FDD профилей, гибкая сеть доступа, улучшенная техника антенн. В системе LTE планируются технологии и методы, уже используемые в мобильном WiMAX, поэтому следует ожидать похожей эффективности [2]. В таблице 3

Таблица 2. Сравнение систем HSPA+ и WiMAX [1]

Параметры HSPA WiMAX

Версия Релиз 7 Релиз 8 Релиз 1,5

Диапазон, ГГц 2,0 2,5

Дуплексирование FDD FDD TDD

Ширина канала, МГц 2x5 2x5 10

Антенны БС 1x2 2x2 2x2

Антенны АС 1x2 1x2

Модуляция и скорость кодирования

В нисходящем канале 64- QAM, 5/6 16QA M, 3/4 64QA M, 5/6 64-QAM, 5/6

В восходящем канале 16-QAM, 3/4 64-QAM, 5/6

Пиковая скорость, Мбит/с

В нисходящем канале 11,5 21 35 36 48

В восходящем канале 8,3 8,3 8,3 11 24

отображены реальные параметры систем LTE и мобильного WiMAX в одинаковых частотных условиях.

LTE представляет собой переход от систем CDMA к системам OFDMA, а также переход от системы с коммутацией каналов к системе e2e IP (коммутации пакетов). Системы LTE требуют более высокий частотный диапазон для получения преимуществ от широкого канала и требуют двухрежимных абонентских устройств для плавного перехода абонентов от старых к новым сетям [2].

Таблица 3. Сравнение реальных параметров систем LTE (по отчетам производителей) и мобильного WiMAX в одинаковых частотных условиях при FDD с полосами 2x20 МГц [1]

Преимущество в спектральной эффективности означает выигрыш в стоимости развертывания сети (в том числе удельной стоимости по отношению к пропускной способности сети). В таблице 4 приведены ключевые параметры систем.

WiMAX беспроводные технологии, широкополосный доступ, WiMAX, HSPA, LTE представляет IP-сеть, сеть LTE более сложная (включает большее количество протоколов, в том числе проприетарные (закрытые) протоколы GSM).

Сравнивая мобильный WiMAX и LTE, можно сделать выводы:

- мобильный WiMAX rel.1.5 и LTE имеют похожие характеристики. В обоих на линии от базовой станции используется OFDMA с многоуровневой модуляцией и кодированием. Пиковые скорости практически одинаковы при одинаковых кратностях модуляции и скоростях корректирующего кода. В обоих используется FDD и TDD дуплексирование при ширине канала до 20 МГц. В обоих используется MIMO большей кратности и уменьшение задержки;

- мобильный WiMAX имеет двухлетний выигрыш по времени выхода на рынок и гладкую e2e архитектуру сети;

- пропускная способность и спектральная эффективность мобильного WiMAX в релизе 2.0 имеет лучшие параметры, нежели LTE;

- мобильный WiMAX rel.2.0 совместим с релизами 1.0 и 1.5;

- инвестиции для преобразования сетей из 2G/3G в LTE и мобильный WiMAX примерно одинаковы;

- для построения обеих сетей требуется выделение частотного спектра, а также многорежимные абонентские устройства.

При проектировании широкополосного доступа на основе технологии WiMAX необходимо проведение планирования сети с учетом, как минимум, следующих параметров:

- топологические особенностиместности и расположение базовых станций;

- количество пользователей, их тип и услуги которыми они будут пользоваться, то есть необходимо провести оценку нагрузки на базовую станцию.

Па-

рамет

LTE

Motorola |T-mobile | Qualcomm

WiMAX Релиз i,5

ры

Нисходящий канал

Антенны БС

2x2

4x4

2x4

4x2

2x2

4x4

Модуляция и скорость коди-рова-ния

64-QAM, 5/б

б4-

QAM,

5/6

64-QAM, нет данных

64-QAM, 5/6

Скорость, Мбит/

i 17 226

i 44

277

i 44, б 289

Восходящий канал

Ан- 1x2 ix2 ix2

тенны

АС

Мо-

дуля-

ция и

скорость коди- Нет данных 64-QAM 16-QAM 64-QAM, 5/6

рова-

ния

Ско- 50,4 75 69, i

рость, Мбит/

с

с

Таблица 4. Сравнение ключевых параметров LTE и WiMAX [1]

Параметры LTE WiMAX Релиз 1,5

Дуплексирование FDD и TDD FDD и TDD

Частотный диапазон для анализа 2000 МГц 2500 МГц

Ширина канала до 20 МГц до 20 МГц

От базы OFDMA OFDMA

К базе SC-OFDMA OFDMA

Спектральная эффективность, бит/Гц/с

Нисходящий канал, MIMO (2x2) 1,57 1,59

Восходящий канал, SIMO (1x2) 0,64 0,99

Максимальная скорость абонентской станции, км/ч 350 120

Антенные системы

Нисходящий канал 2x2, 2x4, 4x2, 4x4 2x2,2x4, 4x2, 4x4

Восходящий канал 1x2, 1x4, 2x2, 2x4 1x2, 1x4, 2x2, 2x4

Далее отметим, что, в свою очередь, базовые станции могут соединяться с другими базовыми станциями как с использованием фиксированных сетей (например, оптический кабель), так и с использованием технологии WiMAX (необходимо чтобы базовые станции находились в области прямой видимости LOS). В обоих случаях также необходимо проводить планирование размещения базовых станций с целью определения оптимального, как с точки зрения стоимости, так и с точки зрения качества предоставляемого широкополосного доступа, размещения базовых станций WiMAX.

При этом возникает конфликт из-за противоположности направлений решения задачи с точки зрения техники и экономики, ведь наращивание пропускной способности требует увеличения затрат на оборудование, которые имеют важное значение при построении сети. В таком случае приходится искать оптимальное решение, балансируя статистическими критериями при анализе нагрузки и используя эмпирические модели распространения радиоволн в реальных условиях.

Для проектирования необходимо учесть характеристики рельефа местности, плотность населения. В топографическом отношении Республика Йемен делится на 5 регионов: горы, возвышенность, прибрежная полоса, Пустая четверть, Йеменские острова.

1. Высота горного региона 1000-3760 метров. Западная горная гряда - Аль-Сурат - занимает значительную часть страны. Она протянулась с севера на юг и поворачивает на восток, напоминая по форме латинскую букву 'Ъ". Горы резко спускаются на запад к Красному морю, на юг к Аденскому заливу, а на север и на восток - к внутренним частям страны. Среди гор расположены важные сельскохозяйственные районы. Это район Саны, Ярима, Джахра-на и другие. Наиболее значительные горные вершины - Аттак, Байхан, Мукайрас, Яфи и другие. Гора Пророк Шуайб, возвышающаяся над уровнем моря на 3766 метров, является высшей точкой Аравии.

2. Область возвышенностей расположена к северо-востоку от горных вершин и растянулась параллельно им в направлении Пустой Четверти. Максимальная высота этой области - 1000 метров. Ее северная окраина переходит в Пустую Четверть.

3. Прибрежная область охватывает прибрежные равнины, выходящие на Красное море, Аденский залив и Арабское море. Они связаны в единую линию, образуя прибрежную полосу, растянувшуюся от границы Омана на юго-запад до Баб Аль-Мандаба. Полоса затем поворачивает на север, к границе с Саудовской Аравией. Ее общая протяженность составляет более 2400 км. Ширина прибрежных равнин колеблется от 30 до 60 км.

4. Пустая Четверть - область пустынь, расположенная к северу от возвышенности Хадхрамута и к югу от западных высот. Она представляет собой пустынные равнины, покрытые галькой, песком и песчаными дюнами, с характерной для такой местности растительностью. Однако иногда можно встретить обширные оазисы, возникающие благодаря скоплению сезонной воды. Область на-

селена кочевниками, которые используют ее для выпаса скота.

5. Йеменские острова. Эта часть страны включает острова, разбросанные вдоль побережья Йемена. Всего насчитывается 120 островов, большинство из которых расположено в Красном море. Наиболее крупные из них -Камаран, Большой Хунаиш, Малый Хунаиш и другие. Несколько островов расположено в Аденском заливе и в Арабском море, самый крупный из которых - Сокатра.

На территории Йемена отсутствует железнодорожное сообщение, длина магистралей составляет в общем 67 тыс.км., из этого числа только 7,075 тыс.км. дорог (11%) являются асфальтированными, остальные (89%)- нет.

Проектирование сети '!МАХ целесообразно проводить только для крупных населенных пунктов расположенных в районах страны с высокой плотностью населения. Эти районы сосредоточены в основном в низменностях вдоль морского побережья и в горных районах на юго-западе страны. Развертывание сети в « пустой Четверти» нецелесообразно.

Одной из задач проектирования сети является задача обеспечения надежной связи каждой БС со шлюзом сети доступа, осуществляемой транспортной сетью. Основными

Поступила 18 февраля 2011 г.

ее свойствами являются технология, топология и тип линии связи.

Существует три основных типа линии связи для организации транспортной сети:

— радиорелейные линии (РРЛ) связи;

— кабельные линии связи;

— волоконно-оптические линия связи (ВОЛС).

Учитывая сложный рельеф местности в густонаселенных районах целесообразно выбрать первый вид линий связи для транспортных сетей. Этот тип линий связи является единственно возможным для развертывания сети на островной части государства.

Литература

1. Вишневский В.М, Портной С.Л, Шахнович И.В. Энциклопедия WiMAX. Путь к 4G. - Москва: Техносфера, 2009. - 472 с. :ил

2. WiMAX Forum. Mobile WiMAX. —Part 1: A technical overview and performance evaluation. June 2006.

The prospects for deployment of broadband telecommunications networks in the Republic of Yemen. Key words: wireless technologies, broadband acsess, WiMAX, HSPA, LTE.

Аль-Саиди Салим - аспирант кафедры радиотехники и радиосистем Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Владимирского государственного университета имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых».

Архипов Евгений Анатольевич - кандидат технических наук, доцент кафедры радиотехники и радиосистем Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Владимирского государственного университета имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых».

Никитин Олег Рафаилович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой радиотехники и радиосистем Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Владимирского государственного университета имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых».

E-mail: olnikitin@mail.ru.