CC BY
29
т
АСПЕКТЫ КАЧЕСТВА I Технологии
WiFi и
WiMAX
яблоко и яблоня:
корректно ли сравнение?
Андрей ХАРИТОНОВ,
менеджер по развитию бизнеса Cisco
опробуем более детально разобраться в вопросе. В 1948 г. Клод Шеннон опубликовал работу «Математическая теория связи», в которой обосновал формулу теоретического предела скорости передачи информации в канале связи с шумами:
C = F1og,(l + |:).
Таким образом, скорость передачи информации в любой системе (в том числе в радиосистеме) может быть повышена тремя способами:
1) увеличением полосы пропускания;
2) увеличением мощности излучаемого сигнала;
3) снижением уровня шума, действующего в канале связи.
Век Качества N° 6
Развитие беспроводных технологий не стоит на месте. Появление новых стандартов и развитие существующих напоминают спираль, вызывая ассоциации с широко известным спортивным лозунгом «Citius, altius, fortius» («Быстрее, выше, сильнее»).
Сети третьего поколения заменяют сети второго поколения мобильной связи. Им на смену, в свою очередь, пророчат стандарты четвертого поколения мобильных беспроводных сетей. Пользователи в полной мере оценили преимущества мобильных сервисов и уже не хотят отказываться от мобильной телефонной связи, возможности отправить/принять электронную почту в любое время из любой точки или выйти в Интернет. Операторы связи, которые строят и эксплуатируют беспроводные сети, склонны делать ставку на современные технологии WiMAX и пост-WiMAX - LTE (Long Term Evolution -долгосрочная эволюция беспроводных мобильных сетей связи). Мощная PR-компания в их поддержку, появление первых коммерческих образцов оборудования, заявления производителей клиентских устройств создают общий фон «перспективности технологий 4G», что зачастую служит причиной отказа от использования проверенных технологий, получивших широкое распространение. Но насколько это обоснованно?
АСПЕКТЫ КАЧЕСТВА I Технологии
Направление, в котором идет совершенствование приемопередающих систем (в том числе массового обслуживания), связано с повышением эффективности использования выделенной полосы радиочастотного спектра, а также эффективности тракта формирования и обработки принимаемого сигнала.
Формула Шеннона позволяет в первом приближении оценить, почему скорости, достижимые в мик-ро- и пикосотовой инфраструктуре (с использованием оборудования малого радиуса действия - WiFi), вряд ли будут достигнуты в макросетях -WiMAX и LTE. Причин этому несколько.
В современных системах обеспечения микро- (WiFi) и макромобильности (WiMAX) используется метод доступа на основе OFDM-сигналов. Такой метод формирования сигнала позволяет компенсировать изменения канала связи и уменьшить негативное влияние многолучевого распространения, а также замираний на радиосигнал. Определенная стандартом максимально доступная ширина канала для систем стандарта 802.16е - 20 МГц, при этом используется 2048 поднесущих, а максимальная пропускная способность достигает 70 Мбит/с с временным дуплексом (TDD). Стандарт 802.11n способен предложить соответственно 40 МГц, 104 поднесущих и 300 Мбит/с в радиоканале также с временным дуплексом.
Спектральная эффективность (количество единиц информации, передаваемой на единицу используемого спектра) для WiMAX и LTE выше, чем для WiFi. Однако это достоинство может быть раскрыто лишь при наличии достаточного частотного спектра (для планирования сети с расчетом 20 МГц каналов оператор должен обладать полосой как минимум в 60 МГц при коэффициенте переиспользо-вания частот N=3, базовые станции и клиентские устройства должны поддерживать этот режим). WiMAX предполагает подключение к базовой станции нескольких абонентов, которые будут делить частотный ресурс между собой, исходя из требований качества обслуживания. Следовательно, суммарные 70 Мбит/с будут делиться между всеми. Стандартом 802.11n предусматривается, что в полосе 40 МГц в каждый момент времени обмен данными ведет один абонент, и используется весь доступный частотный ресурс. Таким образом, утверждение, что WiMAX - спектрально более эффективная беспроводная технология и поэтому она дает большую пропускную способность
с с с
Качественная оценка дальности действия микро-и макросетей
на клиента, является некорректным.
Вопрос использования частотного ресурса - лишь одна сторона медали. Мобильные системы характеризуются значительной флуктуацией отношения сигнал/шум при перемещении абонента в уличных условиях при плотной застройке, а также внутри офисного пространства. Согласно формуле Шеннона, заданное значение скорости передачи информации становится возможным при обеспечении заданного уровня мощности сигнала на приемной стороне. В общем случае зависимость уровня сигнала на приемнике от расстояния, параметров антенно-фидерных устройств (АФУ), условий распространения можно выразить первым законом радиосвязи:
Я2
р =
прм
Р (' С’
npô npù гцш'
(4*я )í¿a,„z
Потери мощности возникают с увеличением расстояния Я, дополнительными потерями в радиотрактах (на фидерах, антенных коннекторах, несовпадения поляризации) Ьдоп и неидеальностью электромагнитной обстановки (запас помехоустойчивости к помехам) на приемной стороне 7. Очевидно, что использование фазированных антенных решеток с управляемой диаграммой направленности позволяет увеличить коэффициент усиления (КУ) антенны передатчика Опрд. Тем не менее для компенсации эффектов затухания радиосигнала (и в результате снижения скорости передачи) необходимо повышать мощность передатчика пропорционально квадрату расстояния до абонентского устройства.
Для оборудования малого радиуса действия (внутриофисных систем) затухание радиосигнала в пространстве не является проблемой. Мощности в 20 дБм вполне достаточно, а с использованием многоэлементных антенных систем и функций многопотокового приема и передачи (MIMO) в стандарте 802.11n существует возможность достигнуть дополнительного выигрыша в энергетике радиолинии по сравнению с существующими решениями 802.11а\Ъ^.
C макросетями все обстоит иначе. В реальной жизни необходимо руководствоваться решениями Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ), где ясно указаны параметры излучения для WiMAX-систем: мощность передатчика 16 дБВт (46 дБм), антенна с коэффициентом усиления 18 дБ. И если в идеальных условиях («один в поле, под базовой станцией, в сухой солнечный день») можно достигнуть пиковых скоростей в 60 Мбит/с, то в реальной обстановке наблюдаются совсем другие цифры. Следовательно, можно сделать вывод о невозможности достижения высоких скоростей передачи данных в сетях подвижной связи большого радиуса действия из-за энергетических потерь в радиоканале.
Вот почему при решении целевой задачи предоставления доступа конечному пользователю необходимо четко определять задачу: предоставить высокоскоростной доступ большому количеству пользователей или обеспечить уверенные зоны приема сигнала на больших расстояниях. Для каждой задачи есть свое решение. И нельзя сравнивать две технологии, как нельзя сравнивать яблоню и яблоко - несравнимые это вещи. J
Ноябрь-декабрь 2009 г.
а
