CC BY
61
Подтверждение соответствия оборудования радиодоступа для беспроводной передачи данных стандарта 802.16E
Зайцев И.О., Мамзелев А.И., МТУСИ
Первые системы беспроводного широкополосного доступа регионального масштаба в основном использовались для передачи ТВ-трафика до зрителей как альтернатива кабельному телевидению. В 1970 г. в США была представлена беспроводная многоточечная система распределения MDS (Multipoint Distribution System). Она вещала в радиусе порядка 30 миль от передатчика в диапазоне 2,1-2,7 ГГц.
Через четверть века их сменили многоканальные (микроволновые) многоточечные распределительные системы MMDS (Multichannel (или Microwave) Multipoint Distribution Service). Они позволяют работать в диапозоне 2,5-2,7 ГГц в зоне радиусом до 35 миль (50-60 км — фактически зона прямой видимости). При этом мощность передатчика базовой станции как правило не превышает 100 Вт (до 1 кВт).
В 1998 г. в США началось лицензирование другой технологии
— локальной многоточечной распределительной системы LMDS (Local Multipoint Distribution Service). Изначально предназначалась для работы в диапозоне 27,5-29,5 ГГц. В Европе появился аналог — MVDS (Multipoint Video Distribution Systems), ориентированная на диапазон 40,5-42,5 ГГц. Системы LMDS/MVDS называют сотовым телевидением, поскольку радиус действия одного ретранслятора невелик — порядка 3-8 км. Мощность передатчиков — не более десятков ватт в групповьх передатчиках. Сотовая структура сетей LMDS/MVDS открывает широкие возможности для частотного планирования.
Все эти сети создавались однонаправленными. В последствии всех их сделали двунаправленными. Обратный канал, как правило, имевший гораздо меньшую полосу пропускания, позволил использовать эти системы для обмена данными. Однако, широкому внедрению систем широкополосного доступа мешало отсутсвие единого стандарта — аппаратура различных производителей оказывалась несовместимой, специализированная элементная база не могла стать массовой, соответственно цены оставались высокими. Решением вознишей проблемы стал стандарт широкополосных региональных сетей 802.16 [5].
В декабре 2001 г. была принята первая версия стандарта IEEE 802.16-2001, который изначально предусматривал рабочий диапазон частот 10-66 ГГц. Данный стандарт описывал организацию широкополосной беспроводной связи с топологией "точка-многоточка" и был ориентирован на создание стационарных беспроводных сетей масштаба мегаполиса MAN (metropolitan area network).
Организация сети в частотном диапазоне 10-66 ГГц из-за наличия сильного затухания коротких длин волн возможна преимущественно в зоне прямой видимости между передатчиком и приемником
сигнала. Необходимость прямой видимости привела к тому, что устройства стандарта 802.16 так и не получили широкого распространения. В январе 2003 г. было принято расширение стандарта IEEE 802.16 под названием IEEE 802.16a-2003, которое предусматривало использование частотного диапазона от 2 до 11 ГГц.
Логическим продолжением стандарта IEEE-802.16a стал стандарт IEEE 802.16d, который предусматривал возможность реализации фиксированого доступа внутри помещений. В июле 2004 г. был принят стандарт IEEE 802.16-2004, который включил в себя версии IEEE 802.16d и IEEE 802.16a.
В декабре 2005 г. был принят стандарт IEEE 802.16e-2005, который предусматривает возможность обслуживания мобильных аб-бонентов, а также обеспечивает роуминг между сетями различных "беспроводных" стандартов, чтобы аббонент без ущерба для сеанса связи мог переходить из беспроводных сетей стандарта IEEE 802.11a/b/g в сети IEEE 802.16 и обратно. Стандарт 802.16e-2005 включил в себя все ранее выходившие версии.
В итоге в стандартах IEEE 802.16 были введены четыре типа физического уровня соединений, различающихся методом модуляции сигнала и диапазоном (SC работает в диапазоне 10-66 ГГц, остальные три — в 2-11 ГГц):
— WirelessMAN-SC — физический уровень с одной несущей частотой (Single Carrier), ориентирован на магистральные сети, для работы небходима прямая видимость;
— WirelessMAN-SCa — физический уровень с одной несущей частотой, отличается от WirelessMAN-SC диапазоном работы, методом помехоустойчивого кодирования и модуляцией;
— WirelessMAN-OFDM — ортогональное частотное разделение на 256 каналов с мультиплексированием (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Реализация множественного доступа к среде передачи данных происходит за счет технологии временного разделения (Time Division Multiple Access, TDMA);
— WirelessMAN-OFDMA — ортогональное масштабируемое частотное разделение каналов с мультиплексированием. Используется разделение на 2048 поднесущие частоты. Коллективный доступ к среде передачи данных реализуется за счет объединения нескольких поднесущих частот в один канал передачи и его выделения конкретному получателю (OFD Multiple Access, OFDMA) [4].
Оборудование стандарта 802.16, подключаемое к российской сети связи общего пользования, требует прохождения процедуры подтверждения соответствия требованиям отечественных нормативных документов, поскольку не должно оказывать дестабилизирующее воздействие на целостность, устойчивость функционирования и безопасность единой сети электросвязи Российской Федерации [1].
В [1] сравниваются требования к оборудованию предъявляемые в нашей стране и зарубежом, а также описывается измерительный прибор, необходимый при испытаниях.
В целом российские нормативные документы не ужесточают требований международных стандартов, однако отдельные отличия существуют и связаны они, прежде всего, с условиями непростого климата в нашей стране и осложненной электромагнитной обстановкой.
В настоящий момент документ, регламентирующий применение такого рода систем на Единой Сети Связи — это "Правила применения оборудования радиодоступа. Часть I. Правила применения оборудования радиодоступа для беспроводной передачи данных в диапазоне от 30 МГц до 66 ГГц". Этот нормативный документ [2] распространяется на оборудование следующих версий стандарта 802.16: 802.16-2004, 802.16е-2005 и 802.16-2004/cor1-2005.
НПА определяют требования к радиоинтерфейсу аппаратуры, к климатической и механической устойчивости, электромагнитной совместимости, параметрам электропитания и внешней синхронизации.
Для проверки характеристик радиопередатчика требуется анализатор сигналов (радиосвязи) с установленной опцией детектирования сигналов WiMAX (торговое название стандартов 802.16) необходимого стандарта. Этот многофункциональный прибор способен декодировать сигнал, поступающий с испытуемого оборудования и проверять большинство радиопараметров, регламентируемых в НПА.
Все измерения радио характеристик оборудования должны проводиться в безэховой камере, защищенной от внешних электромагнитных влияний.
Остановимся подробнее на требованиях к измеряемым параметрам для систем ТОС самого распространенного диапазона от 2 ГГц до 11 ГГц.
Маска спектра излучаемого сигнала. Форма излучаемого спектра должна быть определенной и заданной, чтобы избежать влияний на соседние каналы. Излучаемый испытуемой аппаратурой сигнал должен быть такой формы, чтобы не превышать ограничительных линий маски спектра на анализаторе. Современная аппаратура, как правило, способна работать с различной шириной канала, например, 3,5МГц, 5МГц, 7МГц и 10МГц и различными видами модуляции — QPSK, 16QAM, 64QAM. Соответственно необходимо проверить форму излучаемого спектра для всех этих ширин каналов и модуляций. Если аппаратура работает в различных частотных диапазонах, проверяется отдельно каждый диапазон. Уровни для ограничительных линий для масок спектра указаны в Таблице 1 НПА.
НПА регламентируют максимально допустимые: уровень побочных излучений, относительную погрешность установки частоты (около 10-6), ошибки модуляции для режима SCa и среднеквадратические ошибки созвездия передатчика для всех видов модуляции. Уровень побочных излучений проверяется в режиме анализатора спектра, ошибки созвездия и погрешности установки частоты обычно отображаются в одном специальном окне и в числовом и графическом виде.
Основным параметром приемника является его чувствительность. Согласно требованиям НПА, чувствительность должна измеряться при всех поддерживаемых видах модуляции, относительных скоростях кодирования и рабочих ширинах канала. В НПА для режима SCa регламентируется значение чувствительности приемника для BER=10-3, а для режимов OFDM и OFDMA—для BER=10-6. Например, минимальная чувствительность приемника в режиме OFDMA для ширины канала 5 МГц и модуляции 16QAM и относительной скорости кодирования ? должны быть не хуже -84.7дБм. Из этого примера наглядно видно, что измерения параметров приемника занимают большую часть времени при испытаниях.
Также в НПА устанавливаются требования к максимально допустимому уровню входного сигнала приемника, допустимому уровню побочных излучений и подавлению помех по соседнему, паразитному и зеркальному каналу (только для OFDM).
Для проведения испытаний на устойчивость к климатическим и механическим воздействиям требуется климатическая камера и вибростенд. Климатическая камера должна дополнительно иметь возможность изменения влажности.
Особенностью НПА в нормировании параметров внешнего воздействия является отсутствие деления на климатические зоны, как это сделано для оборудования радиорелейной связи, и требование проверки аппаратуры при пониженной рабочей температуре -40°С. В стандарте IEEE 802.16 требование мягче: -33°С.
Вторая особенность НПА — это более жесткое требование (на 14 дБ для диапазона частот от 30 МГц — 21,2 ГГц) для максимальных побочных излучений передатчика базовой станции WiMAX от требований Европейского комитета радиосвязи для таких же систем. Кроме того, в НПА нет отдельно требований к побочным излучениям в полосах, близким к полосе передачи и приема, как это сделано в НПА для мобильных систем третьего поколения. В данном случае нормативно-правовой акт не разделяет по побочным излучениям системы фиксированного и подвижного широкополосного беспроводного доступа.
Таким образом, мы видим, что российский нормативный документ в целом совпадает с требованиями стандарта IEEE802.16, однако есть некоторые особенности, такие как требования к внешней синхронизации, побочным излучениям передатчика и чуть более жестким климатическим требованиям [1].
В феврале 2007 г. вышел приказ "О внесении изменений в приказы Министерства информационных технологий и связи Российской Федерации" (см. [3]). Этот приказ дополняет раннее вышедшие НПА по радиодоступу [2]. В нем указываются некоторые дополнения в части ГЛОНАСС, а также требования к параметрам оборудования радиодоступа для беспроводной передачи данных в части использования электрических и оптических интерфейсов. К таким интерфейса как xDSL, ATM, V5, PDH, SDH и некоторым другим.
Стандарт IEEE 802.16 обладает множеством преимуществ по сравнению с другими стандартами: сделав возможным более массовое производство, он приведет к снижению стоимости оборудования, а наличие стандартизированного оборудования приведет к усилению конкуренции, что, в свою очередь, позволит абонентам выбирать, кому платить свои деньги.
Литература
1. Белаш А.О., Мамзелев С.И. Особенности подтверждения соответствия и организации внешней синхронизации мобильных систем передачи данных//Труды Московского технического университета связи и информатики. — М.: "ИД Медиа Паблишер", 2008. — Т. 2.
2. Правила применения оборудования радиодоступа. Часть I. Правила применения оборудования радиодоступа для беспроводной передачи данных в диапазоне от 30МГц до 66ГГц, утверждены Приказом Минин-формсвзи России № 19 от 13.02.2007 г.; зарегистрированы в Минюсте России 02.03.2007 г.; регистрационный № 9007.
3. Приказ Мининформсвязи России № 19 от 13.02.2007 г. "О внесении изменений в приказы Министерства информационных технологий и связи Российской Федерации".
4. Шахнович И.В. Современные технологии беспроводной связи. — М.: Техносфера, 2006.
