Правительство нижегородской области
Официальный сайт
Вход для пользователей
Информатизация

Беспроводные сети

 

Семь перспективных радиотехнологий включено в перечень основополагающих:

  • системы беспроводного доступа;
  • системы подвижной связи 3-го поколения;
  • системы цифровой связи TETRA;
  • системы цифрового телевизионного вещания;
  • системы цифрового звукового вещания;
  • устройства малого радиуса действия;
  • системы фиксированной спутниковой связи на основе технологий VSAT.

На современном этапе все большее внимание со стороны государства уделяется их развитию и внедрению. Часть радиотехнологий, как, например, цифровое телевидение, уже отнесено к приоритетным национальным проектам.

Технологии беспроводного доступа находят все более широкое применение в современном обществе. Для РФ и Приволжского федерального округа в частности при недостаточно развитой кабельной инфраструктуре, сложной топографии удаленных районов и возникающими трудностями с прокладкой традиционных кабельных сетей, развитие беспроводных сетей является одной их наиболее актуальных задач.

Динамика роста радиоэлектронных средств беспроводного доступа
в Приволжском федеральном округе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Классификация систем беспроводного доступа,
рекомендуемая международным союзом электросвязи

Организационная диаграмма

 

 

 


    

Диапазоны радиочастот, рекомендуемые международным союзом электросвязи для развития локальных систем беспроводного доступа:

Диапазон
частот

Полоса частот

Скорость
передачи данных

Метод
множественного
доступа

Модуляция

УВЧ
(300-3 000 МГц)

900 МГц
1 900 МГц
2 400 МГц

до 6 Мбит/с

FDMA, TDMA,
CDMA (DSSS,
FHSS)

FSK, QPSK

СВЧ
(3-30 ГГц)

5.2 ГГц
5,7-5,8 ГГц
17,2 ГГц
18,8 ГГц
19,5 ГГц

до 50 Мбит/с

FDMA
TDMA
CDMA

FSK
GMSK
QPSK
16-QAM

КВЧ
(30-300 ГГц)

60 ГГц

до 155,52 Мбит/с

на стадии
изучения

на стадии
изучения

Диапазоны радиочастот, рекомендуемые международным союзом электросвязи для развития фиксированных систем беспроводного доступа:

Вид услуги

Тип системы

Сельский

Пригородный

Городской

Телефония, низкоскоростная передача данных

≤5ГГц

≤5 ГГц

≤5 ГГц

Телефония, низко/среднескоростная передача данных

≤5ГГц

1-11 ГГц

1-11 ГГц

Телефония, низко/средне/ высокоскоростная передача данных, мультимедийные услуги

3-70 ГГц

3-70 ГГц

3-70 ГГц

Основной тенденцией развития современных телекоммуникаций является создание беспроводных широкополосных систем (БШД), предназначенных для высокоскоростной передачи информации. Это связано со следующими факторами:

  • непрерывный рост объемов передаваемой информации;
  • увеличение мультимедийного трафика;
  • постоянный рост количества пользователей услуг сетей БШД.

Создание в мире и в России сетей БШД сегодня является стратегическим направлением развития телекоммуникаций. Ожидается, что в наиболее развитых странах абонентами таких сетей станут до 90% городского и 50% сельского населения.

Одним из наиболее сложных этапов на пути практического внедрения систем беспроводного доступа является их обеспечение необходимым радиочастотным ресурсом.

Основные характеристики технологий беспроводного широкополосного доступа

Технология

Wi-Fi
 (IEEE 802.1 1a/b/g)

WiMAX
 (IEEE 802.16-2004)

WiMAX
 (IEEE 802.16е)

Максимальная скорость передачи данных абонента (в полосе частот)

11Мбит/с(802.11Ь)
 54 Мбит/с (802.1 la/g) (22 МГц)

75 Мбит/с (20 МГц)

15 Мбит/с (5 МГц)

Типовая скорость передачи данных абонента (в незагру-женной сети)

3 Мбит/с (802.11b)
 20 Мбит/с (802.1 la/g)

2-10 Мбит/с

3 Мбит/с

Рабочие полосы частот

22 МГц TDD

1.5-20 МГц FDD/TDD

Типовой радиус соты, км

до 0.1-0.15
 (внутри помещений)

1-50

0,5-5

Степень мобильности

Низкая
 (в основном, в пределах точки доступа)

Фиксированный и «перемещаемый» доступ

Средняя (работа на скорости до 120 км/ч)

Радиочастотный диапазон

Нелицензируемый
 (2.4 ГГц, 5 ГГц)

Нелицензируемый (2.4 ГГц, 5 ГГц) Лицензируемые
 (2.5-2.7 ГГц, 3.5 ГГц, 5-6 ГГц)

В последние годы было разработано два типа радиотехнологий БШД, которое получило название Wi-Fi (Wireless Fidelity) и WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access).

Использование технологии Wi-Fi и WiMAX позволит ускорить процесс внедрения современных инфокоммуникаций в повседневную жизнь, что особенно важно для сельских и отдаленных районов, обеспечит в короткие сроки возможность подключения к сети Интернет сельских школ и учебных заведений.

Локальные сети Wi-Fi

Для удовлетворения требований определенных сегментов телекоммуникационного рынка разработаны системы Wi-Fi. Сети Wi-Fi (хот-споты) развертываются в местах достаточно большого скопления людей (на вокзалах, в ресторанах, кафе, в офисах). Для этого устанавливаются базовые станции (БС) для обслуживания клиентов (абонентов), имеющих специальное портативное устройство и находящихся на небольшом (порядка сотни метров) расстоянии от БС в зоне ее обслуживания.

Пропускная способность сети обеспечивается провайдером и определяется лишь необходимой шириной магистрального канала доступа в Интернет. Ширина полосы пропускания радиоканала систем Wi-Fi, как правило, равна 22 МГц. Однако скорость подключения в 1-11 Мб/с обеспечивают далеко не все хот-споты. Оператор связи сам решает, когда следует ограничить скорость, чтобы подключить большое число клиентов и обеспечить устойчивость связи. Для малых хот-спотов достаточно иметь скорость передачи в 128-512 Кб/с, для больших хот-спотов желательно использовать мегабитные скорости.

За рубежом действующие хот-споты, как правило, представляют своим клиентам интернет-доступ со скоростями от 64 Кб/с до 5 Мб/с.

Локальные сети БШД на базе технологии Wi-Fi являются сегодня наиболее распространенными в мире и занимают заметное место на рынке услуг широкополосного доступа.

На сегодняшний день в мире насчитывается около 150 тыс. точек доступа Wi-Fi, услугами которых пользуются порядка 60 млн. человек. За год общий доход от предоставления этих услуг оценивается в миллиарды долларов. При этом, по мнению аналитиков, рынок Wi-Fi находится в фазе активного роста, увеличиваясь ежегодно на 57%, что позволит ему достигнуть объема в 3 млрд. долларов в 2007 году, при этом количество точек доступа возрастет до нескольких миллионов. В России сегодня работает всего около 450 публичных точек доступа Wi-Fi.

Оборудование сети Wi-Fi работает в частотных диапазонах 2,4 и 5 ГГц.

Основные характеристики сетей WiMAX

Профили стандарта WiMAX могут быть разными для разных диапазонов частот, однако все они поддерживают технологию передачи OFDM с быстрым преобразованием Фурье по 256 позициям (OFDM с 256 поднесущими). Стандарт IEЕЕ 802.16-2004 допускает также работу на одной несущей (SC) или же с использованием OFDM с 2048 поднесущими.

Поскольку стандарт WiMAX предполагает наличие не менее 12 профилей, разработчик стандарта (WiMax Forum) принял решение по этапам его внедрения. На первом этапе будет начата сертификация оборудования диапазона 3,5 ГГц. В последующем будет проводиться сертификация оборудования для других диапазонов частот.

В диапазоне частот 3,5 ГГц оборудование может иметь дуплексные режимы TDD и FDD, а ширина радиоканала может быть равна 3,5 или 7,0 МГц. Для диапазона 2500 - 2690 МГц также используются дуплексные режимы TDD и FDD, однако ширина канала составляет 2,5 или 5 МГц, для диапазона 5725 - 5850 МГц используется режим TDD и ширина канала составляет 10 МГц.

В Европе перспектив у оборудования для диапазона 2,5 ГГц мало, так как в нем после 2007 года намечено раздавать дополнительные частоты операторам мобильных 3G-сетей. В перспективе можно ожидать сертификации WiMAX-оборудования для диапазонов 2,3, 3,6 и 5,4 ГГц, а также, с меньшей вероятностью, - 700 МГц.

Обеспечение технологий Wi-Fi и WiMAX необходимым радиочастотным ресурсом.

Полосы радиочастот, выделенные для создания сетей
 беспроводного широкополосного доступа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На рисунке показаны полосы частот, выделенные для развития систем Wi-Fi и WiMAX в России и других странах. Видно, что если в диапазоне частот 2,4 ГГц в России и в Европе эти полосы совпадают, то в диапазоне 5 ГГц такого полного соответствия нет. В Европе для развертывания таких сетей выделена полоса частот 325 МГц (5,470-5,725 ГГц), в России всего 100 МГц (5,625-5,725 ГГц), т.е. в три раза меньшая.

Следует отметить, что во многих городах России радиочастотный ресурс в полосе 2400 - 2483,5 МГц уже полностью исчерпан, получить разрешение на развертывание подобных сетей в этом диапазоне практически невозможно.

В соответствии с действующим в России законодательством, определяющим порядок использования радиочастотного ресурса системами беспроводного доступа, можно выделить 3 типа оборудования беспроводного доступа, для которых этот порядок уже определен:

  • Персональные беспроводные системы (PLAN).
  • Внутриофисные системы беспроводной передачи данных (WLAN).
  • Уличные операторские сети беспроводной передачи данных.

Для каждой из указанных выше категорий оборудования беспроводного доступа характерны свои особенности использования радиочастотного ресурса и свой порядок получения разрешительных документов.

К сожалению, в силу объективно сложившихся условий этот порядок не в полной мере отвечает требованиям закона «О связи» в части учета особенностей распределения доступного частотного ресурса, ограничивающего число операторов, а также еще нет однозначного соответствия в характере использования спектра системами беспроводного доступа в РФ и в Европе.

Для обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) внутриофисных сетей БШД с другими радиоэлектронными системами (РЭС), использующими диапазон 2,4 ГГц, накладываются определенные требования.

По некоторым оценкам, сейчас количество абонентов в сетях фиксированного и подвижного БШД в мире не превышает соответственно 5 и 1 млн. человек Основными причинами этого являются использование частных, закрытых и несовместимых между собой технологий, а также высокая стоимость абонентского оборудования.

Ожидается, что к 2009 году общее количество абонентов сетей фиксированного БШД WiMAX составит не менее 8,5 млн. человек. При этом наибольшее их количество предположительно будет приходиться на страны Юго-Восточной Азии и Европы с относительно низким уровнем развития проводной телекоммуникационной инфраструктуры.

В свою очередь, абонентская база сетей подвижных БШД WiMAX к 2010 году также вырастет до отметки 8-9 млн. человек. Однако в отличие от сетей фиксированного доступа, сети подвижного БШД WiMAX могут получить наибольшее распространение в развитых странах Северной Америки, Западной Европы и Юго-Восточной Азии.

Российский рынок систем беспроводного доступа

Для России сети WiMAX могут принести ощутимый прорыв в повышении качества и количества предоставляемых услуг. С одной стороны, сравнительно низкий уровень телефонизации и, зачастую, плохое качество существующих медных линий, а с другой стороны низкая плотность населения в достаточно больших регионах, являются основным тормозом при внедрении широкополосного доступа типа DSL на сетях связи России.

Создание таких сетей облегчит реализацию президентской программы «Интернет - в каждую школу». И квартирный и коммерческий сектор также должны позиционироваться потенциальным оператором WiMAX как высоко заинтересованные в широкополосных сетях.

Сегодня в нашей стране работает около 300 сетей фиксированного БШД и пока ни одной сети подвижного БШД. Сотни заключений экспертизы о возможности использования заявленных радиоэлектронных средств и об их электромагнитной совместимости с действующими и планируемыми для использования радиоэлектронными средствами выдано радиочастотной службой операторским компаниям в 2005-2006 годах. Большинство российских сетей фиксированного БШД обслуживают порядка нескольких сотен (в лучшем случае - тысяч) абонентов.

По оценкам Ассоциации 3G количество абонентов фиксированных и подвижных сетей БШД в России к 2010 году может достигнуть 1,5-2 млн. человек. При этом объем российского рынка БШД в 2010 году оценивается в размере 300-500 млн. долларов США.

Проблемы выделения полос частот для развития в России сетей
беспроводного доступа

Проблемы, связанные с выделением полос частот для развития в России новых радиотехнологий, относятся к числу сложнейших. В силу исторических условий национальная таблица распределения полос частот между радиослужбами существенно отличается от международных рекомендаций (европейской и приведенной в регламенте радиосвязи МСЭ). Отличия связаны с тем, что весьма значительный процент (около 90%) национального радиочастотного спектра в этой таблице имеет категорию «ПР» (правительственного использования). Кроме того, в регионах, где услуги ШБД могут иметь наивысший спрос, разрешенные полосы радиочастот сильно загружены и другими РЭС гражданского применения.

Диапазон 2,5 ГГц. Этот диапазон широко используется в России аналоговыми системами эфирно-кабельного телевидения MMDS и в 80% крупных городов почти полностью исчерпан.

Отбирать частоты у операторов MMDS на сегодняшний день не планируется. Однако принятым в 2006 году решением Государственной комиссией по радиочастотам (ГКРЧ) им рекомендовано переходить на цифровое оборудование, в результате чего может быть освобождена значительная доля занятого спектра. Опыт проведения такой работы имеется, в частности, у компании «Комет», которая по результатам научно-исследовательских работ получила частоты для развертывания сетей ШБД в Центральном федеральном округе.

Диапазон 3,5 ГГц. В данном диапазоне сейчас под БШД выделены полосы 3400-3450 и 3500-3550 МГц. Однако в наиболее перспективных регионах они практически исчерпаны. Никаких дополнительных полос под ШБД выделять не планируется. Исследования показали, что с учетом уже выданных частотных разрешений развертывание сетей WiMAX в данном диапазоне весьма проблематично.

Диапазон 5.8 ГГц. В настоящее время выпуск WiMAX-оборудования планируется только для полосы 5725-5850 МГц. Этот диапазон рассматривается как самый перспективный.

По поручению Мининформсвязи России в НИИ Радио были разработаны предложения по вариантам и условиям использования полос частот ниже 7 ГГц системами беспроводного доступа на территории Российской Федерации. На их основе было принято Решение ГКРЧ «Об использовании полос радиочастот в диапазоне 1000-7000 МГц радиоэлектронными средствами фиксированного беспроводного доступа».

Эти предложения разрабатывались с учетом требований Федерального закона «О связи», сложившейся практики выделения частотного ресурса и международных рекомендаций.

Для внутриофисных систем беспроводного доступа в полосе 2400-2483,5 МГц принятые ранее решения ГКРЧ не требуют изменений и полностью соответствуют международной практике.

Для мобильных систем беспроводного доступа процедура выделения частотного ресурса должна быть скорректирована с учетом проведения конкурсов на выдачу лицензий по предоставлению услуг связи с использованием спектра и результатов научно-исследовательских работ, направленных на разработку условий совместного использования данных систем с РЭС различного назначения.

Развитие внутриофисных систем беспроводного доступа в диапазоне 5150-5350 МГц НИИ Радио предлагает ГКРЧ осуществлять по процедуре, установленной для диапазона 2400-2483,5 МГц.

Дальнейшее развитие систем фиксированного беспроводного доступа, в соответствии с международными рекомендациями, следует осуществлять в полосах частот 2400-2483,5 МГц, 3400-3450 МГц, 3500-3550 МГц, 5150-5350 МГц и 5650-6425 МГц. Использование других полос частот в диапазоне 1 - 7 ГГц нецелесообразно.

Возможными полосами для развития систем мобильного беспроводного доступа следует считать полосы 2300-2400 МГц и 2500-2700 МГц. В целом это не соответствует рекомендациям МСЭ-Р для Района 1, к которому относится РФ, однако, при сложившемся распределении полос частот в Российской Федерации использование других полос частот для мобильных систем беспроводного доступа не представляется возможным по условиям ЭМС.

С целью повышения эффективности использования радиочастотного спектра системами беспроводного доступа понадобится постепенно привести технические характеристики действующих систем с принятыми международными требованиями на эти характеристики.

Представляется целесообразным установить зависимость требований к излучаемой мощности систем фиксированного беспроводного доступа от района развертывания этой сети (сельские, городские районы), что позволит более эффективно использовать радиочастотный спектр.

На основании данных выводов НИИ Радио разработаны предложения по условиям использования полос частот системами беспроводного доступа на территории Российской Федерации.

Разработанные предложения учитывают мировой опыт по процедурам выделения полос частот для систем беспроводного доступа, принятые стандарты, условия ЭМС и потребности в частотном ресурсе.

Для систем фиксированного беспроводного доступа определена упрощенная процедура использования полос частот на основе принятия обобщенного решения ГКРЧ (диапазоны 2400-2483 МГц, 5150-5350 МГц, 5650-5725 МГц и 5725-5850 МГц) с ограничениями, позволяющими создавать системы «точка-многоточие» с дальностью действия до 5 км, а системы «точка-точка» с дальностью действия до 50 км.

Для систем мобильного беспроводного доступа предлагается выделение частотного ресурса осуществлять на конкурсной основе, при этом: полоса 2500-2700 МГц предлагается для создания крупных сетей федерального уровня, полоса частот 2300-2400 МГц - для создания сетей регионального значения, полоса 3400-3600 МГц - для сетей городского типа.

На основе разработанных предложений в 2005 году было принято решение ГКРЧ для систем фиксированного беспроводного доступа. В дальнейшем, по мере готовности технологий мобильного беспроводного доступа и нормативной правовой базы для проведения конкурсов потребуется принятие соответствующих решений ГКРЧ.

Основные положения упомянутого решения ГКРЧ по системам фиксированного беспроводного доступа заключаются в следующем:

  • признать возможным использование полос радиочастот 2400-2483,5 МГц, 3400-3450 МГц, 3500-3550 МГц, 5150-5350 МГц, 5650-6425 МГц для радиоэлектронных средств фиксированного беспроводного доступа;
  • выделение полос радиочастот и присвоение (назначение) радиочастот или радиочастотных каналов для РЭС фиксированного беспроводного доступа в полосах радиочастот 2400-2483,5 МГц, 3400-3450 МГц, 3500-3550 МГц, 5150-5350 МГц и 5650-6425 МГц, должно осуществляться при условии, что заявляемые параметры РЭС систем беспроводного доступа соответствуют тактико-техническим характеристикам, приведенным  в приложениях 1 - 4 решения ГКРЧ;
  • операторы, имеющие разрешительные документы на использование радиочастот в полосах 2400-2483,5 МГц, 3400-3450 МГц, 3500-3550 МГц, 5150-5350 МГц, 5650-6425 МГц могут использовать РЭС фиксированного беспроводного доступа на условиях, определенных соответствующими разрешениями, до окончания срока их действия.

Полосы радиочастот, одобренные решениями ГКРЧ
для использования РЭС систем беспроводного доступа

 

№ п/п

Полосы радиочастот, МГц

Решение ГКРЧ

1

1787,5 -1802,5

от 23.10.2006 № 06-17-03-001

2

2400 - 2483,5

от 06.12.2004 № 04-03-04-003 (внутриофисные системы передачи данных);
 от 28.11.2005 № 05-10-01-001

3

2500 - 2530, 2560 - 2570, 2620 - 2630, 2660 - 2670, 2680 - 2690

от 04.09.2006 № 06-16-03-001

4

3400 - 3450, 3500 - 3550

от 23.12.2002 № 23/3,
 от 28.11.2005 № 05-10-01-001

5

5150 - 5350, 5650 - 6425

от 23.12.2002 №23/5,
 от 28.11.2005 № 05-10-01-001

Радиоконтроль сетей беспроводного доступа

Радиоконтроль проводится как стандартными средствами контроля и измерений (анализаторы спектра, измерительные приемники), так и специальными средствами, позволяющими обнаруживать излучение, оценивать его технические характеристики и определять тип и место нахождения источника излучения.

Стандартные измерительные средства позволяют определять частоту излучения РЭС беспроводной передачи данных, контрольную ширину полосы излучения, уровни внеполосных излучений. Данные виды измерений являются крайне важными при решении задачи обеспечения ЭМС, а также необходимыми для проведения регистрации РЭС в органах Службы государственного надзора за связью в РФ.

Как отмечалось выше, из беспроводных сетей наибольшее распространение в настоящее время получили сети Wi-Fi, работающие в диапазонах частот 2400 – 2483 МГц и 4,9-5,9 ГГц.

Для контроля РЭС, работающих в данных диапазонах, используются портативные компьютеры или КПК, оборудованные встроенными или отдельными Wi-Fi модулями. Используя бесплатное или условно бесплатное программное обеспечение, такое как, например, NetStumbler, можно проводить обнаружение точек беспроводного доступа, просматривать MAC-адреса обнаруженных устройств, локализовать их местонахождение с использованием направленных антенн.

Для более углубленного анализа и проведение контроля беспроводных Wi-Fi сетей применяется профессиональное измерительное оборудование: портативные измерительные комплексы FLUKE EtherScope Network Assistant. Данное оборудование сочетает в себе анализатор Ethernet сетей и Wi-Fi сетей со встроенным программным обеспечением.

Это оборудование позволяет идентифицировать РЭС беспроводных сетей, выбирать интересующие беспроводные устройства из списка присутствующих в эфире для определения местонахождения и дальнейшего контроля, проводить измерение уровня сигнала от различных Wi-Fi устройств, отношения сигнал/шум, загрузки радиочастотного канала и других параметров.

Главным недостатком приведенных методов радиоконтроля беспроводных сетей является невозможность обнаружения источника радиопомех в случае, если они создаются не Wi-Fi устройствами.

Эта проблема решается имеющимися программно-аппаратными средствами типа Fluke AnalizeAir или Airmagnet Spectrum Analyzer. Данные средства позволяют проводить спектральный анализ, автоматически идентифицировать тип и количество источников излучений в диапазонах 2400 – 2483 МГц и 4,9-5,9 ГГц, измерять загрузку частотных каналов, определять номера каналов Wi-Fi, подверженных воздействию помех и определять уровень сигнала дискретно для каждого из источников помех.

С учетом изложенного можно сделать следующие выводы и предложения:

  • Создание сетей Wi-Fi и WiMAX в Приволжском федеральном округе является весьма перспективным направлением развития телекоммуникаций.
  • В настоящее время принят ряд решений ГКРЧ по созданию сетей широкополосного беспроводного доступа.
  • Для обеспечения условий развития перспективных радиотехнологий в стране целесообразно принять Федеральную программу, имеющую своей целью конверсию радиочастотного спектра и совершенствование отечественной системы управления этим важнейшим частотным ресурсом.
  • Следует разработать концепцию развития широкополосного беспроводного доступа в России, а также пакет нормативно-правовых документов, которые четко определят правила лицензирования деятельности операторов сетей БШД и выделения для таких сетей полос частот.
Дата создания страницы: 20.06.2007
Дата модификации страницы: 20.06.2008