Новости
Прагнучи задовольнити постійно зростаючі запити користувачів, оператори стільникового зв'язку пропонують все більш високі швидкості і привабливі тарифні плани. Нові технології доступу роблять реальністю мобільне підключення до Інтернету зі швидкістю кілька десятків мегабіт в секунду. Голос перестає бути основним видом трафіку мобільних мереж - на зміну йому приходять відео та інші види даних: згідно з прогнозами Cisco, вже через чотири роки віддання займуть 66% пропускної здатності мобільних мереж, створюючи постійне навантаження на канали. Як наслідок, на порядок денний виходить підключення базових станцій по гігабітним магістралях. На жаль, існуюча магістральна інфраструктура операторів на це просто не розрахована.
Згідно зі статистикою, в кінці минулого року в США через оптичне волокно було підключено лише 10% базових станцій, тоді як по безпровідних лініях T1 / Е1 - близько 85%. Решта 5% припадали на високошвидкісні бездротові лінії СВЧ-діапазону. У Європі ситуація трохи краща: тут оптичне волокно використовується для підключення 20% базових станцій. У Росії відсоток базових станцій, підключених через оптичне волокно, швидше за все ще менше в силу відносної нерозвиненості кабельної інфраструктури.
Альтернативи оптичного волокна нечисленні: мідні телефонні лінії практично вичерпали резерви зростання пропускної здатності. Частот від 5 до 38 ГГц, що традиційно використовуються для організації високошвидкісних бездротових ліній, в містах з високою щільністю населення вже не вистачає. До того ж лінії в цих діапазонах схильні інтерференційним перешкод, а обмежений частотний ресурс змушує використовувати все більш складні способи модуляції, що, в свою чергу, позначається на вартості обладнання.
Виходить, єдиним реальним напрямом все-таки є оптика з дорогої і не завжди можливою прокладанням кабелю, через численні узгодження і постійними орендними платежами? Або, як варіант, освоєння ще більш високих - і поки майже вільних - частот: так званого міліметрового діапазону?
МІЛІМЕТРИ
До міліметровому діапазоні прийнято відносити радіохвилі з частотами від 30 до 300 ГГц і довжинами, відповідно, від 10 до 1 міліметра. Висока несуча частота, малі довжини хвиль і особливості взаємодії випромінювання з атмосферою визначають основні переваги та недоліки міліметрових хвиль.
У контексті цієї статті ми розглянемо три найбільш перспективних діапазону - 60, 80 і 90 ГГц. Перший примітний високим рівнем загасання в атмосфері і, як наслідок, безліцензійний використанням в США, Європі та деяких інших країнах, що робить його прекрасним вибором для зв'язку на відносно невеликих відстанях - в межах одного-двох кілометрів або навіть всередині квартири.
Два інших відрізняються значно меншим рівнем загасання в атмосфері, що дозволяє створювати довші лінії зв'язку. Крім того, для них передбачений без перебільшення революційний порядок реєстрації в Росії.
ПЕРЕВАГИ ...
Гігабітні швидкості передачі даних. Завдяки високочастотної несучої, для передачі даних можна задіяти широкі смуги частот - аж до 5 ГГц в кожному напрямку в повнодуплексному режимі (80-гігагерцевий діапазон об'єднує дві смуги частот: 71-76 і 81-86 Ггц) - і використовувати відносно прості методи модуляції. Це дозволяє знизити навантаження на сигнальний процесор і вартість реалізованих схемотехнік, а в перспективі - довести швидкість до 10 Гбіт / с або навіть вище. До слова, обладнання стандарту WiGig, яке, як очікується, стане комерційно доступним вже в 2012 році, здатне зробити цілком буденними домашні бездротові міліметрові лінії зі швидкостями на рівні 7 Гбіт / с.
Компактні і технологічні випромінювачі. Навіть короткий провідник є дуже ефективним випромінювачем ММВ. Це дозволяє з мінімальними витратами створювати фазовані антенні решітки і, більш того, розміщувати їх безпосередньо на мікросхемі трансивера. Комерційно доступні радіотрансівери компанії SiBEAM (див. Малюнок 1), що випускаються для ще одного міліметрового стандарту передачі даних, WirelessHD, використовують 32 фазованих випромінювача, розташованих безпосередньо в корпусі мікросхеми і працюють синхронно, - їх сигнали будуть складатися по амплітуді і множитися по потужності (практично в тисячу разів). Всі «міліметри» - всередині пластмасового корпусу; розробники отримують функціонально закінчений модуль, робота з яким не вимагає вивчення таїнств схемотехніки міліметрового діапазону. На виході, в бездротовому каналі - 4 Гбіт / с!
Для збільшення дальності в міліметрових радіоміст - або, як їх ще називають, радіорелейних станціях (РРС) і радіорелейних лініях (РРЛ) - використовують параболічні дзеркала. З метою зменшення габаритів приймально-передавального модуля найчастіше використовуються антени Кассегрена, що складаються з двох співвісних відображають дзеркал - основного параболічного та допоміжного гіперболічного. Така схема дозволяє зменшити глибину антени і розмістити її в закритому жорсткому корпусі, що захищає від кліматичних і механічних впливів (див. Малюнок 2, а). Альтернативний і, можливо, більш перспективний підхід - використання плоских антенних решіток, сформованих на підкладці з пластмаси (див. Малюнок 2, с). Як стверджують розробники компанії Huber + Suhner, така решітка розміром 20 × 20 см дозволяє формувати в діапазоні 60 ГГц промені шириною менше 2 градусів і має коефіцієнт посилення на рівні 30 дБ. Наскільки можна судити, саме вони найчастіше використовуються в компактних радіоміст діапазону 60 ГГц (див. Малюнок 2, b).
Вузькі «олівцеві» діаграми спрямованості. Міліметрові довжини хвиль і відносно великі (30-60 см) діаметри антен дозволяють формувати вузькі, шириною не більше 1-2 градусів, діаграми спрямованості. Діаметр плями засвітки такого радіомосту на відстані 2 км може не перевищувати 14 м: спроба реалізації антен з такими характеристиками в низькочастотних діапазонах, швидше за все, була б приречена на комерційний провал. Проте при розрахунках трас потрібно враховувати умова прямої видимості і першу зону Френеля - в межах шести десятих її радіусу від лінії візування не повинно бути ніяких перешкод. Слід зазначити, що занадто вузькі діаграми спрямованості можуть ускладнювати використання ліній міліметрового діапазону на щоглах і високих будівлях, здатних відхилятися під поривами вітру або скручуватися внаслідок температурних градієнтів на кілька градусів.
Радіопрозорість. Велике дерево, діаметр крони якого досягає 10 м, здатне послабити ММВ-сигнал на 20 дБ. Проте хвилі міліметрового діапазону легко проникають через незначні перешкоди, які є непереборною перешкодою для світла, - наприклад, фарбу, шар пилу, пластмасу або навіть корпус мікросхеми.
Висока електромагнітна сумісність. Міліметрові лінії, навіть перебуваючи в безпосередній близькості, дуже слабо впливають один на одного. Ефекти дифракції, внаслідок малості довжини хвилі в порівнянні з розмірами антени, малі, а значить - практично вся енергія йде в головний пелюсток діаграми спрямованості. Ширина пелюстки, нагадаємо, не перевищує декількох градусів (або навіть часток градуса), будь-які джерела і перешкоди, в нього не потрапили, для антени практично ненаблюдаеми. Відбиття від металевих поверхонь - дахів, парканів, будівель і т. Д. - носять дифузний характер і швидко згасають у міру віддалення від перешкоди. Відсутність бічних пелюсток, вузькі олівцеві діаграми спрямованості і можливість відходу від заважають джерел по поляризації і частоті привели до того, що в усьому світі, включаючи Росію, на радіолінії цього діапазону поширюються особливі, значно спрощені правила ліцензування та регулювання.
... І НЕДОЛІКИ
Дощ, мабуть, найбільш серйозна проблема для ММВ-ліній. Загасання сигналу під час сильної зливи може досягати 30-50 дБ / км. Однак такі дощі в середніх широтах спостерігаються рідко і закінчуються швидко: за словами Миколи Мацнева, генерального директора компанії «НТЦ ФІОРД», активно використовує міліметрові радіомости на московських магістралях, максимальна тривалість відмови лінії зв'язку внаслідок дощу за весь час експлуатації не перевищила 22 хв. - цілком, втім, достатніх для того, щоб клієнт почав обривати телефони оператора.
Дощі і викликане ними ослаблення сигналу є основним обмежувальним фактором для дальності міліметрових ліній. За даними ряду виробників, довжина лінії діапазону 80 ГГц з антенами діаметром 60 см і доступністю 99,95% в умовах Москви може перевищувати 7 км, однак коли потрібно забезпечити доступність на рівні 99,995%, відстань скорочується вдвічі, до 2,4-3, 6 км (див. таблицю 1 ). У той же час, за даними компанії «ДОК», при відсутності дощів - наприклад, в пустельних районах - довжина траси могла б досягати 20 км.
Як показало посушливе, якщо не сказати вогняне, літо, зважені аерозолі, дим і тумани в умовах Москви можуть представляти значно серйознішу перешкоду для основного конкурента міліметрових ліній - ліній атмосферних. Такі лінії, як відзначають експерти ДОК, «бояться» густого туману - промінь не може подолати відстань між станціями і розсіюється. Тим часом міліметрові системи продовжують повноцінно працювати в таких умовах, в усякому разі до тих пір, поки розмір зважених в атмосфері частинок не стане відповідним з довжиною хвилі (приблизно 3 мм) - тобто до найближчого сильного дощу, який заодно приб'є пил та інші зважені аерозолі, відкривши дорогу атмосферних лініях.
Таким чином, коли необхідно організувати безперебійну роботу практично в будь-яких умовах і забезпечити операторські «п'ять дев'яток» навіть на відносно довгих трасах, атмосферні і міліметрові лінії можуть включатися в паралель і вигідно доповнювати один одного в моменти несприятливих для кожної з них погодних умов.
Рівне посередині міліметрового діапазону, на п'яти міліметрах і 60 гігагерцах, розташований пік резонансного електромагнітного поглинання молекул кисню. Залежно від висоти над рівнем моря і рівня вмісту кисню в атмосфері сигнал цієї частоти послаблюється на 10-16 дБ / км. Наявність такого піку зумовило розбиття ММВ-діапазону на дві частини - неліцензованому ISM (частоти від 57 до 64 ГГц) і які підлягають ліцензуванню (в Європі і США) діапазони частот 71-76 ГГц, 81-86 ГГц (80 ГГц) і 92-95 ГГц . Поглинання випромінювання двох останніх діапазонів не перевищує 0,5 дБ на кілометр, і на тлі втрат, що вносяться дощами, ними можна знехтувати (див. Малюнок 3).
В результаті обладнання 60 ГГц використовується на коротких, до 1,5 км, лініях - наприклад, для підключення «вуличних» базових станцій, що розміщуються на стовпах в безпосередній близькості від абонентів. Радіомости діапазонів 80 і 90 ГГц застосовуються на більш довгих дистанціях і лініях операторського класу надійності.
ЛІЦЕНЗУВАННЯ: РЕВОЛЮЦІЯ НА МАРШЕ
Рішеннями ГКРЧ 2006 і 2010 років передбачено спрощений порядок реєстрації міліметрових ліній діапазонів 60, 80 і 90 ГГц. Для використання в заявному порядку виділені в цілому майже 13 ГГц частотного спектра: 10 ГГц в діапазонах 71-76 і 81-86 ГГц і ще 3 ГГц в діапазонах 92-94 і 94,1-95 ГГц, що в кілька разів перевищує всі виділені до цього вільні частотні ресурси. Згідно з рішеннями 2010 року, застосування РРС прямої видимості може здійснюватися «без оформлення дозволів на використання радіочастот або радіочастотних каналів» і носить повідомний характер. У той же час використання відкритого в усьому світі ISM-діапазону 60 ГГц все ще вимагає отримання частотних дозволів на підставі незалежної експертизи кожної встановлюється лінії (не потрібні лише окремі рішення ГКРЧ).
Можливо, саме цим і пояснюється відносна непопулярність в нашій країні більш доступних за ціною рішень для 60 ГГц: як зазначає Олексій Яворський, менеджер по продукції компанії «Дейтлайн», як гідна альтернатива міліметрової лінії діапазону 60 ГГц замовнику швидше за все буде рекомендована атмосферна лінія зв'язку.
У той же час рішення ГКРЧ 2010 року за діапазонами 80 і 90 ГГц змінюють звичні уявлення про принципи ліцензування частот в Росії. Терміни оформлення власником бездротового обладнання необхідних документів зазвичай досить великі (не менше півроку). Дозволений повідомний характер для діапазонів 71-76 ГГц / 81-86 ГГц і 92-95 ГГц економить масу сил, часу і фінансових ресурсів оператора, дозволяючи сконцентруватися на розвитку і просуванні нових цифрових послуг.
Порядок введення в експлуатацію РРС діапазону 80/70 ГГц гранично простий: користувачеві РЕМ необхідно лише розробити проектну документацію в складі, визначеному НТД галузі «Зв'язок», провести її недержавну експертизу, зареєструвати РЕМ в територіальних органах Роскомнадзора і здати РРЛ комісії з підписанням відповідних документів. Після цього даний об'єкт зв'язку можна вводити в експлуатацію. Економія коштів, а головне, часу - у наявності.
До того ж не треба забувати, що це рішення дозволяє встановлювати РРС на 80/70 ГГц не тільки операторам, але і фактично будь-яким бажаючим - наприклад, для об'єднання декількох локальних мереж розрізнених офісів або підключення окремих будинків. У корпоративних користувачів і фізичних осіб з'явилася, таким чином, можливість офіційно і досить швидко самостійно встановити і запустити захищену високошвидкісну бездротову лінію, не вдаючись до дорогої прокладці або оренді кабельних мереж.
Як зазначає Філіп Іванов, генеральний директор ДОК, одним з технічних вимог рішення ГКРЧ є ефективність використання спектра, яка повинна становити не менше 1 біт / с / Гц. Тому при виборі обладнання діапазонів 80 і 90 ГГц потрібно звертати увагу не тільки на потужність передавачів і ширину діаграми спрямованості, а й на тип модуляції, швидкість передачі даних і смугу використовуваних частот. І тоді при реєстрації міліметрової лінії ніяких проблем не виникне.
ВИРОБНИКИ
На російському ринку міліметрові радіомости діапазону 80 ГГц просувають принаймні три компанії: BridgeWave (через НТЦ «Дейтлайн»), E-Band і ДОК.
Особливостями BridgeWave FlexPort80 є одночасна підтримка TDM і IP-підключень (SDH / SONET / Ethernet), що дозволяє операторам застосовувати цей пристрій в гібридних мережах TDM / IP, і адаптивний вибір способу модуляції в залежності від стану каналу зв'язку (QPSK або BPSK). Під час дощу FlexPort80 може автоматично перейти на використання модуляції BPSK, завдяки чому бюджет втрат лінії збільшується ще на 7 дБ (див. таблицю 1 ).
E-Band позиціонує радіоміст E-Link 1000EXR для передачі на великі відстані, заявляючи про більш високому бюджеті втрат - на 10 дБ вище, ніж у рішень конкурентів. Крім того, радіоміст відрізняє підтримка протоколу Synchronous Ethernet, що забезпечує синхронізацію часу і частоти базових станцій. Установка додаткового радиомодуля і крос-поляризаційного адаптера дозволяє довести швидкість передачі лінії до 2,5 Гбіт / с.
Радіомости РРС -1000 компанії «ДОК» не вимагають настройки, використовують модуляцію QPSK і по суті є медіаконвертер оптичне волокно / бездротова лінія. Як заявляють в компанії, такий канал зв'язку з точки зору оператора повністю еквівалентний оптичному кабелю, прокладеному між точками установки радіомосту. Така «всеїдність», наприклад, дозволяє передавати кадри протоколу CPRI, необхідні для управління радіоустаткуванням базових станцій. Адміністрування по SNMP уможливлює централізовану діагностику пристроїв з диспетчерської оператора зв'язку. За допомогою вбудованих засобів РРС-1000 можна оцінити працездатність моста і отримати повідомлення про можливі несправності (підвищення або зниження температури вище критичної, зниження рівня сигналу, викликане розворотом антени, зниження напруги живлення і т. Д.) До того, як вони позначаться на якості зв'язку.
Слід зазначити, що всі перераховані пристрої працюють в повнодуплексному режимі: загальна канальна швидкість радиомостов досягає 2,5 Гбіт / с.
Філіп Іванов считает, что Бездротові системи особливо зручні для ЕКСПЛУАТАЦІЇ у важкий погодніх условиях. Так, в Норильського в условиях вічної мерзлоти, коли Глибина відтавання даже в літній период складає Всього 30-40 см, а взимку температура досягає -60 ° C, прокладка оптичні кабелі як «повітрянім», так и підземнім способом - непроста и дуже дорога процедура . ДОК встановила в Норильську кілька радиомостов, які успішно працюють.
ТЕНДЕНЦІЇ
Згідно з прогнозами Infonetics Research, в 2014 році обсяг світового ринку міських ліній міліметрового діапазону (E-Band і W-Band) перевищить 485 млн доларів. Три чверті цього обсягу складуть закупівлі операторів зв'язку, які будуть купувати устаткування для побудови бездротових магістралей і підключення базових станцій. Як зазначає Infonetics, в 2009 році частка BridgeWave перевищувала 50%, але вже найближчим часом ринок чекають серйозні потрясіння, викликані приходом в 2010 і 2011 роках більших гравців: Alcatel-Lucent, Ericsson, Huawei, NEC і NSN.
Одним з факторів, що стримують поширення міліметрових радиомостов, є їх відносна дорожнеча. Компанія BridgeWave, об'єднавши сили з компанією Provigent, обіцяє наблизити вартість гігабітних радиомостов діапазону 80 ГГц до рішень більш низькочастотних діапазонів шляхом розробки однокристальних радіотрансіверов (system on a chip). Інший спосіб зниження ціни - переклад міліметрової родючості з використання арсеніду галію на більш поширені і відпрацьовані кремнієві технології. У зв'язку з цим слід зазначити, що в сектор міських радиомостов швидше за все будуть проникати технології, створені при розробці та просуванні пристроїв стандартів WiGig і WirelessHD. Втім, допомога може прийти і з більш високих діапазонів: в листопаді сінгапурський державний інститут мікроелектроніки A * STAR повідомив про розробку кремнієвих радіотрансіверов 10 Гбіт / с для діапазону 135 ГГц - тобто для частот майже вдвічі більших, ніж у найбільш популярного сьогодні діапазону 80 ГГц .
Якщо говорити про другий виток міграції технологій з бездротових домашніх мереж в міські мережі (саме з такої міграції починалося в Росії впровадження Wi-Fi: обладнання було дорого для дому та офісу, але чудово підходило для міських магістралей), то перспективним може виявитися використання в якості опромінювача параболічного дзеркала багатоканальних радіотрансіверов - фазованих решіток (див. Малюнок 2). По-перше, вони дозволять вирішити проблему недостатньої потужності кожного окремого випромінювача, а по-друге, забезпечать управління, нехай навіть в невеликих межах, головним пелюсткою діаграми спрямованості, щоб компенсувати відхилення будівлі або щогли під натиском вітру або градієнтів температури.
Розширюється і сфера застосування міліметрових радіоліній: дослідники з Stony Brook University і NEC Laboratories починають серйозно замислюватися про використання міліметрових магістралей для організації межсоединений в святая святих інформаційної галузі - центрах обробки даних. Як очікується, споживання бездротових радиоинтерфейсов 10 Гбіт / с не перевищить 1 Вт, при цьому бездротова радіо-частина (фазированная антенна решітка займе на лицьовій панелі сервера не більше 5 × 5 см) забезпечить автоматичну комутацію радіомагістралей, позбавить ЦОД від пучків кабелів і помітно поліпшить умови охолодження апаратури.
Правда, доведеться добряче попрацювати з перестановкою шаф і стійок - в новій топології для зручності комутації міліметрових магістралей їх доведеться встановлювати кільцями, «обличчям» один до одного.
Георгій Башилов - незалежний експерт. З ним можна зв'язатися за адресою: [email protected] .
Виходить, єдиним реальним напрямом все-таки є оптика з дорогої і не завжди можливою прокладанням кабелю, через численні узгодження і постійними орендними платежами?Або, як варіант, освоєння ще більш високих - і поки майже вільних - частот: так званого міліметрового діапазону?