МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

 Некоммерческое акционерное общество

Алматинский институт энергетики и связи

 

 

 

Б.Б. Агатаева, С.В. Коньшин 

Мобильные телекоммуникации и цифровые системы передачи

 Учебное пособие

 

 

Алматы 2010

 

УДК 621.396

ББК32.87-5

К 65 Мобильные телекоммуникации и цифровые системы передачи:

Учебное пособие / Б.Б. Агатаева, С.В. Коньшин;

Алматы: АИЭС, 2010 – 75 с.

 

 

ISBN 978-601-7098-70-4

 

 

 

В учебном пособии излагаются как теоретические вопросы построения мобильных систем связи и цифровых систем передачи, так и практические примеры построения данных систем.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальностям «Радиотехника, электроника и телекоммуникации», «Информационные системы», «Космическая техника и технологии».

 

Содержание

Введение  3

1 Технические аспекты развития мобильных телекоммуникаций  4

1.1 Стандартизация интерфейсов сетей IMT-2000  4

1.2 Распределение полос частот для IMT-2000  6

1.3 Основные подсистемы сети UMTS  8

1.4 Системная архитектура сети UMTS  10

1.5 Текущее развитие сетевой архитектуры UMTS  12

1.6 Особенности построения сети радиодоступа UTRAN   13

1.7 Каналы радиоинтерфейса WCDMA в линии «вверх» UE-BS  15

1.8 Множественный доступ с кодовым разделением каналов  19

1.9 Оборудование CDMA от компании ZTE  24

1.10 Решения компании ZTE для широкополосного доступа с кодовым разделением каналов (WCDMA) 27

1.11 Теоретические основы семейства беспроводных локальных сетей связи 802.11х  30

1.12 Варианты построения беспроводной сети  34

2 Цифровые системы передачи  38

2.1 Системы передачи и мультиплексирования  38

2.2 Цикловая синхронизация по особому линейному признаку  40

2.3 Синхронизация с заимствованным битом  43

2.4 Статистическая цикловая синхронизация  43

2.5 Кодеки и кофидеки  44

2.6 Синхронные цифровые телекоммуникационные сети  45

2.7 Модели синхронно-цифровых сетей  49

2.8 Элементы цифровой телекоммуникационной сети  51

2.9 Синхронизация цифровой телекоммуникационной сети  57

2.10 Мультиплексирование с разделением по длине волны   58

2.11 Помехоустойчивое кодирование  62

2.12 Методы асинхронной передачи  66

2.13 Оптическая сеть абонентского доступа с интеграцией услуг HONET  68

2.14 Построение транспортных сетей на базе оборудования компании «Huawei Technologies Co., Ltd»  74

 

Введение 

В XXI в. мировое сообщество вступило в новую эру своего развития, названную глобальным информационным обществом (ГИО). Отличительной чертой ГИО является то, что в нем знания и информация приобретают роль внешних производственных факторов, становятся материальной основой существования общества.

Формируются целые отрасли, специализирующиеся на использовании высоких технологий, к которым в первую очередь относятся производство «информационных продуктов» (в том числе программных) и эффективное их распределение в среде телекоммуникаций.

Другой характерной особенностью ГИО является колоссальный рост объема телекоммуникационных услуг. Так, оборот услуг только по телефонным абонентам, теле- и радиослушателям составляет свыше 800 млрд. долларов в год, а вместе с рынком телекоммуникационных услуг (Интернет, локальные компьютерные сети, сети подвижной связи и т.д.) достиг 1,5 трлн. долларов и продолжает расширяться. В мировой телекоммуникационной сети ежегодно устанавливается телекоммуникационное оборудование на сумму 200 млрд. долларов [1].

По существу мировое сообщество сейчас переживает третью революцию. Если в первой - сельскохозяйственной - главным действующим лицом был землевладелец и главным ресурсом - земля, во второй - индустриальной - собственник капитала и главным ресурсом - капитал, то в третьей - информационной - господствующей социальной группой становится собственник информации, а главным ресурсом - знания, информация.

Для эффективной передачи и распределения всех упомянутых выше видов информации в структуре ГИО создана и непрерывно развивается Всемирная сеть связи (World wide communication network), представляющая из себя совокупность всех взаимосвязанных национальных сетей связи на земном шаре. Технической же основой любой современной сети связи являются информационные транспортные сети, предназначенные для высококачественной и безаварийной (бесперебойной) передачи (транспортировки) информации в виде стандартных или нормализованных цифровых потоков от производителя к потребителю.

Мультиплексирование представляет собой передачу информации (в любой форме) от одного или более источников к одному или более приемников через одну среду передачи (одними техническими средствами). Средой передачи могут быть металлические симметричные или коаксиальные кабели, соты мобильной телефонной связи, радиорелейные линии, спутниковые системы или волоконно-оптический кабель.

Существует несколько видов пространств, в которых может происходить разделение сигналов — геометрическое, фазовое, временное, частотное пространства и пространство длин волн.

Пространственное разделение каналов — это простое разнесение передаваемых сигналов различных источников по различным кабелям, которые находятся в одной канаве. Канава в данном случае рассматривается как передающая среда.

Доминирующее место занимают три вида мультиплексирования сигналов: временное разделение каналов (ВРК), частотное (ЧРК) и недавно внедренные методы разделения каналов по длине волны. Оставшаяся часть настоящей главы посвящена временному, частотному и волновому разделению каналов — мультиплексированию.

При временном разделении каналов (ВРК) передача сигналов нескольких источников производится одними техническими средствами, но не в одно и то же — Quaternary Phase-Shift Keying.

Передача различных источников разделяется во времени. Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) — наиболее распространенный метод кодирования сигналов — использует временное разделение цифровых сигналов. В системах ИКМ с ВРК два или более канала тональной частоты дискретизируются, преобразуются в коды ИКМ, а затем мультиплексируются во времени для последовательной передачи по одному металлическому или волоконно-оптическому кабелю.

Цифровые системы передачи — это системы электросвязи, использующие для передачи цифровые импульсы.

 

1 Технические аспекты развития мобильных телекоммуникаций

 

Ввод сетей 4G - один из важнейших факторов вступления в глобальное информационное сообщество, к которому готовятся мировые экономические империи, средства массовой информации, телекоммуникационные операторы, культурные и образовательные учреждения, а также политические институты. Пользователи будущих мобильных сетей получат кроме обычной голосовой связи широкий диапазон мультимедийных услуг, причем с гораздо более существенными скоростями, чем сейчас.

 Общий принцип развития мобильных сетей - плавная конвергенция и развитие существующих сетей к сетям 3G, 4G и WLAN. В процессе развития должны значительно усовершенствоваться общие параметры эффективности передачи данных и возможности управления качеством услуг для мультимедийных приложений. Системы мобильной связи будут предоставлять мультимедийные услуги в широком диапазоне скоростей передачи от 2 Мбит/с до 40 Мбит/с.

 

1.1 Стандартизация интерфейсов сетей IMT-2000

 

Одним из наиболее значительных проектов конца XX века является реализация концепции международной мобильной связи (International Mobile Telecommunications-2000, IMT-2000). В ее основу положена идея создания нового поколения семейства систем подвижной связи, охватывающего технологии беспроводного доступа, наземной сотовой и спутниковой связи. С организационной точки зрения IMT-2000 объединяет две предшествующие программы МСЭ: перспективную сухопутную подвижную телекоммуникационную систему общего пользования (Future Public Land Mobile Telecommunications System, FPLMTS) и глобальную персональную систему спутниковой связи (Global Mobil Personal Communications by Satellite, GMPCS). Решение МСЭ о создании IMT-2000 явилось важнейшим шагом на пути принципиально нового направления развития телекоммуникаций - развертывания сетей подвижной связи 3-го поколения (3G) и открытия принципиально нового рынка интеллектуальных услуг. Ведущая роль в организации процесса глобальной стандартизации систем подвижной связи 3-го поколения IMT-2000 принадлежит Международному союзу электросвязи (International Telecommunications Union, ITU).

Работа по стандартизации интерфейсов семейства систем IMT-2000 в настоящее время завершена как в секторе радиосвязи, так и в секторе стандартизации телекоммуникаций. Глобальный подход ITU в разработке новых стандартов состоит в максимальной унификации соответствующих характеристик систем семейства IMT-2000, в основном радиоинтерфейса, для расширения возможностей работы оборудования разных радиотехнологий в различных средах радиодоступа и упрощения создания многорежимных абонентских терминалов. В результате этих работ по гармонизации в состав семейства сетей радиодоступа [1] ITU были включены 5 радиоинтерфейсов.

На рисунке 1 показаны возможные варианты взаимодействия между различными интерфейсами сетей радиодоступа и базовыми сетями семейства 3G.

 

 

Рисунок 1 - Взаимодействие сетей семейства 3G

 

Несмотря на взаимодействия 3GPP и 3GPP2, полностью унифицировать радиоинтерфейсы различных систем IMT-2000 не удалось, хотя и ряд взаимных существенных уступок позволил максимизировать сходство ключевых параметров радиоинтерфейсов разных радиотехнологий.

Работа в 3GPP и 3GPP2 направлена на своевременный выпуск соответствующих серий технических спецификаций (релизов), каждый из которых будет расширением и продолжением предыдущего и будет иметь с ним обратную совместимость. В 1999 г. данные организации выпустили первые релизы своих спецификаций на системы 3G, после чего в соответствии с мандатами ITU на их основе начался этап региональной и национальной стандартизации систем подвижной связи 3G в соответствующих институтах стандартизации: Европейский институт стандартов телекоммуникаций (European Telecommunications Standards Institute, ETSI), Ассоциация промышленников телекоммуникаций (Telecommunications Industry Association, TIA), Японская ассоциация радиовещания (Association Radio Industry and Broadcasting, ARIB).

 

1.2 Распределение полос частот для IMT-2000

 

Вопрос о распределении полос частот для сетей 3-го поколения в рамках МСЭ рассматривался с середины 1980-х годов. К 1992 г. МСЭ подготовил рекомендацию ITU-R М.687-2 по выделению полос частот для систем 3-го поколения. На основании данной рекомендации Всемирная административная конференция радиосвязи в 1992 г. (ВАКР-92) распределила полосы частот 1885...2025 МГц и 2110...2200 МГц общей шириной 230 МГц для системы IMT-2000. При этом полосы рабочих частот 1885...1980 МГц, 2010...2025 МГц и 2110...2170 МГц были определены для использования в наземном сегменте, а полосы частот 1980...2010 МГц и 2170...2200 МГц - для спутникового сегмента системы IMT-2000. Данные полосы частот, вследствие их изначальности, получили обозначение «корневых» полос, однако в настоящее время этот термин не используется.

Решения ВАКР-2000 по полосам «расширения» для сетей 3G. В силу технических причин весь необходимый для реализации услуг системы 3G спектр должен быть найден в диапазоне ниже 3 ГГц. На конференции были подготовлены и утверждены два новых Примечания к территориальному разносу частот Регламента радиосвязи по полосам «расширения» наземного сегмента сетей IMT-2000 (рисунок 2): S5.XXX - полоса 806...960 МГц и S5.AAA - полосы 1710... 1885 и 2500...2690 МГц [3]. Указанные полосы, назначенные подвижной службе на первичной основе, определены для использования национальными Администрациями связи, желающими внедрять системы IMT-2000. Однако это не препятствует использованию этих полос другими системами радиосвязи, которым данные полосы распределены, и не создает приоритетности для развития системы IMT-2000.

 Все полосы «расширения» IMT-2000 определены в пределах полос частот, выделенных сухопутной подвижной службе по районам, определенным в Регламенте радиосвязи. Резолюции закрепляют право администраций на внедрение других технологий сухопутной подвижной радиосвязи в пределах полос «расширения» IMT-2000.

 

Рисунок 2 - Полосы расширения сетей 3G

 

Среди положений, отражающих интересы национальных администраций при планировании использования полос «расширения», наиболее важными являются:

-       право определения на национальном уровне размера спектра, который необходимо предоставить сетям IMT-2000 в полосах частот
«расширения»;

-       разработка собственных планов перехода от существующих систем к IMT-2000, которые при необходимости должны учитывать
особенности использования полос «расширения» существующими
системами;

-       возможность использования полос частот, определенных для расширения IMT-2000, системами других радиослужб, которым данные полосы распределены;

-       право на самостоятельное определение времени обеспечения
доступности полос «расширения» для IMT-2000 с учетом различных требований рынка и других национальных решений.

 В частности, полосы частот 1710... 1885 МГц и 2500...2690 МГц (или их части) выделены системе IMT-2000. Некоторые национальные администрации связи планируют для развития системы IMT-2000 полосы частот 698...806 МГц (в некоторых странах эта полоса выделена сухопутной подвижной службе на первичной основе), 2300...2400 МГц и часть полосы 806...960 МГц, которая выделена подвижной службе на первичной основе.

 Отдельное примечание, добавленное на ВАКР-2000 в Регламент радиосвязи, посвящено полосам частот для базовых станций IMT-2000, располагающихся на высоко поднятых платформах (High Altitude Platform Station, HAPS), обеспечивающих максимальную зону покрытия. В районах 1 и 3 для станций HAPS могут использоваться полосы частот 1885...1980; 2010...2025 и 2110...2170 МГц, а в районе 2 - полосы частот 1880... 1980 и 2110...2170 МГц.

 

1.3 Основные подсистемы сети UMTS

 

Эволюционный переход от сетей 2-го к сетям 3-го поколения предполагается осуществить через использование технологии беспроводной передачи пакетных данных (General Packed Radio System, GPRS), дальнейшую ее модернизацию (Enhanced Data rates for GSM Evolution, EDGE) и выход на технологии радиодоступа, обеспечивающие скорость передачи до 2 Мбит/с.

Такой подход позволяет осуществить поэтапную модернизацию оборудования и программного обеспечения существующих сетей 2-го поколения. Внедрение дополнительного оборудования позволило ввести функции пакетной коммутации в системы сотовой связи. Это расширило набор предоставляемых услуг. Следующий шаг связан с повышением пропускной способности радиоинтерфейса для услуг пакетной коммутации. При этом реализация услуг, предоставляемых ранее средствами, выполняющими функции коммутации каналов, остаются без изменения. Использование многоуровневой модели открытых интерфейсов как методологической основы позволяет рассматривать архитектуру универсальной системы мобильной связи (Universal Mobile Telecommunications System, UMTS) как иерархическую систему, на каждом уровне которой реализуется набор функций, а связь между уровнями осуществляется через стандартизованные ETSI интерфейсы.

На рисунке 3 показаны основные подсистемы UMTS.

Концепция построения архитектуры системы UMTS как многоуровневой иерархической системы предполагает объединение физических уровней системы на основе доменных подсистем и объединение функциональных уровней на основе деления на слои вертикального и горизонтального уровней.

 

Рисунок 3 - Подсистемы UMTS

 

Деление системы UMTS на домены (структурные подсистемы), показанные на рисунке 3 являются результатом выполнения требований по обеспечению эволюции существующей сетевой инфраструктуры. Домен базовой сети может стать результатом эволюции существующей инфраструктуры, например, инфраструктуры глобальной системы мобильной связи (Global System for Mobile Communications, GSM), инфраструктуры цифровых сетей интегрального обслуживания (Integrated Services Digital Network, ISDN), инфраструктуры сети персональной связи (Personal Communications Network, PCN).

Взаимодействие между подсистемами (доменами) сети UMTS в целях создания открытой многоуровневой системы (Open System Interconnection, OSI) обеспечивается путем введения опорных точек, определяющих точку входа и точку выхода взаимодействующих подсистем (доменов) и увязывающих их в единую систему по совокупности стандартизованных входных и выходных информационных, технических и сетевых параметров. Совокупность опорных точек сети UMTS включает:

Си - опорную точку между доменом модуля идентификации абонента (Universal Subscriber Identity Module, USIM) и доменом оборудования подвижной связи (Mobile Equipment, ME);

Uu - опорную точку между доменом абонентского оборудования и доменом инфраструктуры;

lu - опорную точку между доменом сети доступа и доменом сети

обслуживания;

Yu - опорную точку между доменом сети обслуживания и доменом

транзитной сети;

Zu - опорную точку между доменом сети обслуживания и доменом домашней сети.

Укрупненную декомпозицию сети UMTS можно выполнить, разделив ее на абонентское оборудование (терминалы) и сетевую инфраструктуру. Результатом данного деления UMTS являются два основных домена: домен абонентского оборудования и домен инфраструктуры.

Абонентское оборудование - это оборудование, используемое абонентом для доступа к услугам UMTS.

Доступ абонента к сетевой инфраструктуре осуществляется через радиоинтерфейс UMTS (UMTS Terrestrial Radio Access, UTRA), определяемый семейством радиоинтерфейсов 3-ro поколения. Сетевая инфраструктура состоит из подсистем (доменов), выполняющих различные функции, необходимые для поддержки радиоинтерфейса с целью предоставления совокупности услуг связи 3G, запрашиваемых абонентами. Сетевая инфраструктура обеспечивает разделение ресурсов сети UMTS между пользователями, предоставляя услуги связи всем зарегистрированным в сети абонентам внутри зоны покрытия сеть. Опорная точка между доменом абонентского оборудования и доменом инфраструктуры называется опорной точкой Uu (радиоинтерфейс UMTS).

 

1.4 Системная архитектура сети UMTS

 

Согласно концепции IMT-2000, системная архитектура систем 3G подразделяется на две составные части: сеть радиодоступа и базовую сеть.

Функциональное сопряжение элементов системы осуществляется посредством ряда интерфейсов. Данные интерфейсы были стандартизованы в ETSI, что позволяет строить сеть, используя сетевые элементы различных производителей телекоммуникационного оборудования. Интерфейсы обеспечивают взаимодействие перечисленных ниже ключевых подсистем сети UMTS и внешних сетей:

-       Gb-интерфейс (SGSN-BSS);

-       Gn-интерфейс (GSN-GSN);

-       Gp-интерфейс (межсетевой интерфейс для PLMN);

-       Gi-интерфейс (GGSN - внешняя IP-сеть);

-       Gr-интерфейс (SGSN-HLR);

-       Gs-интерфейс (SGSN-MSC/VLR);

-       Gd-интерфейс (от SGSN к SMS-GMSC/SMS-IWMSC).

Абонентское оборудование (User Equipment, UE) это подвижные, носимые или возимые терминалы, которые посредством радиоинтерфейса взаимодействуют с базовыми станциями сети. Основное отличие абонентского оборудования UMTS от аналогичных устройств сетей 2-го поколения (MS) состоит в их расширенной функциональности, обеспечиваемой за счет высоких скоростей передачи информации. Планируется использование как отдельных абонентских станций UMTS, так и двухрежимных GSM/UMTS терминалов. Базовые станции (Base Station, BS) осуществляют организацию радиоканалов по вызовам мобильных абонентов или по своей инициативе при поступлении внешнего вызова. В функции BS входит приемо/передача радиосигнала, его обработка и формирование транспортных потоков данных. В стандартной конфигурации базовая станция обеспечивает обслуживание до трех секторов, предоставляя до трех несущих на один сектор. В ее задачи также входит осуществление мягкого хендовера. Базовые станции взаимодействуют с контроллером радиосети и поддерживают на сетевом уровне АТМ-интерфейс (более 2 Мбит/с, G.703) и IP-интерфейс. Оборудование ведущих фирм мира обеспечивает гибкое внедрение новых базовых станций UMTS в существующие сети GSM:

- объединение на уровне коммутаторов, когда устанавливаются базовые станции TDD и FDD режимов и контроллер UMTS, подключаемый к коммутатору;

 - объединение на уровне контроллеров, когда базовые станции TDD
режима подключаются к контроллерам BSC сетей GSM, которые в
свою очередь подсоединяются к коммутатору.

Контроллер сети радиодоступа (Radio Network Controller, RNC) по интерфейсу lub осуществляет управление базовыми станциями, с которыми он образует подсистему базовых станций BSS, и по интерфейсу lu взаимодействует с центром коммутации сети 3G-MSC/VLR. Основными функциями RNC являются управление распределением радиоканалов, контроль соединений, регулирование их очередности, удаленная динамическая коммутация, а также контроль за распределением нагрузки. Контроллеры ведущих мировых производителей телекоммуникационного оборудования строятся на базе АТМ-коммутатора, расширенного блоками управления радиоканалами.

 Мобильный центр коммутации сети 3G (Mobile Switching Center/Visitor Location Register, MSC/VLR) является центральным элементом сети. Он может обслуживать большую группу базовых станций в подсистеме BSS и обеспечивает все виды соединений, в которых нуждается в процессе работы подвижная абонентская станция. 3G-MSC/VLR осуществляет обмен внутри сети UMTS, соединяя между собой различные сетевые элементы, в частности, элементы подсистемы BSS. Кроме того, он работает как шлюз к другим сетям общего пользования, таким как сети подвижной связи, СТОП и сети передачи данных. Центр коммутации 3G-MSC/VLR обеспечивает соединение с другими MSC, в частности, с зональными GMSC и другими службами. Коммутаторы ведущих фирм-производителей обеспечивают реализацию двух режимов радиопередач TDD/FDD UTRA, а также могут выполнять функции коммутатора для сети GSM и ее режимов пакетной передачи GPRS.

 База данных местоположения абонентов (Home Location Register, HLR) представляет собой справочную базу данных о постоянно прописанных в сети абонентах. В ней содержатся опознавательные номера и адреса, а также параметры подлинности абонентов, состав услуг связи, специальная информация о маршрутизации и данные о роуминге абонента.

 Пакетная передача данных (Packet Switching, PS) в сети обеспечивается следующими главными элементами - SGSN (сервисным опорным узлом пакетного трафика GPRS) и GGSN (шлюзовым опорным узлом пакетного трафика GPRS).

 Сервисный опорный узел GPRS (Serving GPRS Support Node, SGSN) решает задачи идентификации абонента и управления мобильностью, конвертирования протоколов IP-сети в протоколы, используемые BS и UE, сбора данных об оплате и трафике абонентов и маршрутизации данных (при подключении к другим (внешним) сетям). Шлюзовой опорный узел GPRS (Gateway GPRS Support Node, GGSN) является интерфейсом между базовой сетью GPRS и внешними сетями, играя роль маршрутизатора подсистем. В случае если данные, принятые GPRS, адресованы специальным пользователям, осуществляется их проверка и поиск адресата. GGSN осуществляет перераспределение пакетов данных мобильным абонентам и контролирует правильность подсоединения внешних сетей.

 

1.5 Текущее развитие сетевой архитектуры UMTS

 

В ходе работы над сетевой архитектурой UMTS в рамках 3GPP был подготовлен Релиз 99 (R99), определивший пути развития данной системы на среднесрочную перспективу.

 Ключевые требования к архитектуре первой фазы развития системы UMTS обеспечивались техническими требованиями стандарта GSM и включали:

-      совместимость с сетями GSM;

-      обеспечение доступа к высокоскоростным услугам передачи данных;

-      управление качеством предоставляемых услуг.

Кроме того, важнейшие требования Релиза 99 состояли в следующем [4]:

-      за основу базовой сети UMTS выбрана базовая сеть GSM, ее развитие осуществляется по пути совершенствования как подсистемы
MSC, так и SGSN;

-      сетевая архитектура и стандарты UMTS/IMT-2000 фаза 1 (R99)
должны позволять оператору 3G выбирать тип создаваемой базовой сети (интегрированная базовая сеть или базовая сеть, разделенная на CS- и PS-домены);

-      расположение транскодеров должно соответствовать требованиям Технических спецификаций TS 23.930 «Развитие платформы GSM
в направлении UMTS»;

-      абонентское оборудование должно предоставлять ручной выбор
между CS и PS подсистемами базовой сети;

-      развитие системы UMTS должно проводиться в направлении передачи части услуг от CS-доменов к PS-доменам базовой сети без
изменения протоколов обмена высокого уровня и их функций;

-      требования R99 должны обеспечивать гибкое развитие сети и совместимость с абонентским оборудованием.

 Подсистема базовой сети, обеспечивающая передачу данных с коммутацией каналов, должна поддерживать и предоставлять 100%-ную совместимость с CS-доменом базовой сети, определенной R99. PS-домен должен поддерживать IP-протокол, а также предоставлять возможность модернизации подсистемы пакетной коммутации базовой сети для обеспечения мультимедийных услуг. Дополнительные IP-подсистемы должны предоставлять новые услуги мультимедиа, чтобы дополнить существующий набор услуг, обеспечиваемый CS-доменом.

 Целью дальнейшего развития сетевой архитектуры системы UMTS является создание интегрированной сетевой платформы, базирующейся на принципах пакетной коммутации каналов, а целью дальнейшего развития предоставляемых услуг должны быть переход большинства пользователей к услугам IP-мультимедиа и возможность доступа к этим услугам за пределами сетей UMTS.

 

1.6 Особенности построения сети радиодоступа UTRAN

 

Архитектура наземной сети радиодоступа UMTS (UMTS Terrestrial Radio Access Network, UTRAN). Сеть радиодоступа UTRAN, управление которой осуществляется интегрированной системой управления, включает в себя совокупность технических и программных средств:

-       базовые станции, называемые узлами В, по терминологии 3GPP
(Node В);

-       техническое оборудование соты (антенны, блоки питания и др.);

-       контроллеры сети радиодоступа (Radio Network Controller, RNC);

-       программное обеспечение UTRAN (радиосети и BS);

-       систему эксплуатации сети радиодоступа.

Четыре главных интерфейса в сети радиодоступа 3G RAN:

-       lu - интерфейс между RNC и базовой сетью;

-       Uu - интерфейс между абонентским оборудованием и базовыми
станциями;

-       lur - интерфейс между контроллерами сети радиодоступа;

-       lub - интерфейс между базовыми станциями и контроллерами сети
радиодоступа.

Ключевые функции, осуществляемые ими:

-       контроль и измерение ошибок в канале между базовой сетью и
абонентским оборудованием;

-       обеспечение функций мобильности (хендовер, поиск и определение сот, управление поиском и определением местоположения
абонента);

-       управление емкостью сети;

-       контроль радиоизлучений и интерфейсных каналов.

С помощью интерфейса lu в сети UTRAN несколько подсистем радиодоступа (RNS) соединяются с базовой сетью (CN). Данный интерфейс предоставляет возможность логического выбора базовых сетей 3G с коммутацией каналов (CS) или с коммутацией пакетов (PS) на основе разделения на физическом уровне на:

-       lu-CS - интерфейс для потока данных с коммутацией каналов, базирующийся на использовании транспортных протоколов ATM;

-       lu-PS - интерфейс для потока данных с коммутацией пакетов, базирующийся предпочтительно на использовании транспортных
протоколов IP.

 Подсистема радиодоступа включает контроллеры сети радиодоступа (RNC) и одну или более BS (узлы В). BS подключаются к контроллеру радиосети с помощью интерфейса lub, и обеспечивают работу в режиме FDD или TDD или комбинированный режим работы. Контроллер радиосети RNC обеспечивает хендовер и обмен служебной и сигнальной информацией с абонентским оборудованием (UE). Он совмещает функции соединения/разъединения и обеспечивает многообразие подключаемых BS (узлов В). Контроллеры радиосети взаимодействуют друг с другом через логический интерфейс lur. Интерфейс lur может быть обеспечен путем прямого соединения контроллеров радиосети или с использованием любой транспортной сети.

 Передача информации в сети UTRAN обеспечивается с использованием интерфейса Uu рядом активных RNC, называемых обслуживающими (Serving RNC), через них осуществляется передача на абонентское оборудование не только служебной информации, но и трафика. Ряд RNC, не обслуживающих в данный момент МТ, называются пассивными (Drift RNC). Пассивная RNC не связана непосредственно с базовой сетью, однако, взаимодействуя с обслуживающей RNC, способна предоставить свой радиоресурс, когда это потребуется для установления соединения с UE. Кроме того, в целях обеспечения макроразнесенного приема между пассивной и обслуживающей RNC осуществляется обмен с использованием протокола lur.

 Информационные коды и функции UTRAN. Специальные информационные коды контроллеров сети радиодоступа определяются оператором и устанавливаются в контроллере с помощью системы управления и обслуживания. Данные коды используются для обеспечения алгоритмов управления системой UMTS.

 Управление доступом к сети. Абоненты 3G подключаются к сети UMTS на основе процедур системного доступа. Абонентский доступ к сети может быть осуществлен как с использованием абонентского оборудования, так и сетевого оборудования базовых станций.

 Контроль допуска в сеть и перегрузки сети. Система контроля допуска к сети обеспечивает допуск новых абонентов в сеть и возможность создания новых линий связи, исходя из загрузки сети и состояния BS. Задача системы контроля допуска - избежать перегрузки сети. Система принимает решения на основе данных измерения уровня помех в сети, излучаемой мощности и наличия свободного ресурса в сети радиодоступа. Кроме того, система используется при первичном вхождении абонентов в сеть, измерении и обновлении уровня ошибок в канале RAB и обеспечении хендовера. Обслуживающий контроллер RNC осуществляет контроль допуска с использованием интерфейса lu.

Система контроля перегрузки отслеживает, определяет ситуации перегрузки сети и управляет ими. В случаях, когда система радиодоступа приближается к состоянию перегрузки или находится в состоянии перегрузки, а пользователи остаются подключенными, система перераспределяет в сети имеющиеся радиочастотные ресурсы, ограничивая качество обслуживания, и восстанавливает утраченные связи.

Использование кодового разделения каналов в радиоинтерфейсе цифрового широкополосного стандарта, охватывающего Интернет, мультимедиа, видео и прочие высокоемкие приложения (Wideband Code Division Multiple Access, WCDMA) обуславливает необходимость детального рассмотрения организации соответствующих каналов этого радиоинтерфейса и их взаимодействия на сетевом уровне. Организация каналов WCDMA выполнена в виде каналов трех уровней: логических каналов, транспортных и физических каналов. Исходя из этого деления, логические каналы определяют тип информации, которая передается в сети, транспортные каналы определяют, каким образом преобразуется и осуществляется обмен информацией, циркулирующей в логических каналах между элементами сети, а физические каналы представляют платформу радиоин-тефейса, на которой осуществляется реальная передача сигналов между абонентским оборудованием и базовыми станциями сети радиодоступа UMTS.

 В отличие от базовых станций, работающих с физическими каналами, контроллеры сети радиодоступа RNC различают и работают только с транспортными каналами. Транспортные каналы переносят различную информацию по интерфейсу Uu путем использования элементов физических каналов (радиосигналов) создаваемых между МТ и BS сети. Логические каналы не являются реальными каналами, как упомянутые выше, и организуются в сети для выполнения тех или иных задач в требуемые моменты. Ниже приведено описание основных каналов радиоинтефейса WCDMA, используемых в линиях связи UE-BS и BS-UE.

 

1.7 Каналы радиоинтерфейса WCDMA в линии «вверх» UE-BS

 

Выделенный канал (Dedicated Channel, DCH):

-      используется для передачи средних и больших объемов данных
(данные реального масштаба времени: речь, видеосвязь, видеоигры);

-      используется для передачи управляющей информации более высоких уровней;

-      не используется для передачи данных с импульсным характером;

-      используется расширяющий код для максимальной скорости передачи данных;

-      скорость передачи данных может изменяться по кадрам;

-      используется быстрое управление мощностью;

-      используется мягкий хендовер;

-      пользовательские данные транспортного канала передаются по
выделенному физическому каналу данных (Dedicated Physical Data
Channel, DPDCH); управляющая информация транспортного канала DCH передается по выделенному физическому каналу управления (Dedicated Physical Control Channel, DPCCH);

-      требуется покрытие всей площади соты.

Мощность канала DPCCH всегда меньше мощности канала DPDCH, когда по каналу DPDCH передаются данные. В таблице 1 показаны типовые разности в мощности каналов DPCCH и DPDCH для услуг разных классов в предположении об одинаковом требуемом отношении сигнал/помеха для всех скоростей передачи данных.

 

Таблица 1 - Типовые разности в мощности каналов

 

Принимаемая мощность канала DPCCH выше для более скоростных услуг. Чем выше мощность канала DPCCH, тем более точно можно оценить характеристики канала для приема DPDCH и тем меньшее отношение сигнал/помеха требуется для обеспечения того же качества услуги.

Общие транспортные каналы.

Канал случайного доступа (Random Access Channel, RACH):

 -       используется для передачи управляющей информации МТ для запроса на установление соединения;

-      используется для передачи малых объемов данных импульсного
характера (короткие текстовые сообщения, текстовая электронная
почта, запрос на загрузку web-страницы);

-      используются определенные коды в каждой соте;

-      фиксированные скорости передачи информации (16 кбит/с для
длительности посылки 10 мс, 8 кбит/с для длительности посылки
20 мс);

-      не используется быстрое управление мощностью;

-      не используется мягкий хендовер;

-      пользовательские данные передаются по физическому каналу случайного доступа (Physical Random Access Channel, PRACH);

-      требуется покрытие всей площади соты.

 Для любой области радиопокрытия соты, где обеспечивается заданное качество связи по выделенному каналу, должно обеспечиваться и требуемое качество канала RACH для возможности установить соединение. Очевидно, что в силу низкой скорости передачи информации по каналу RACH, выделенные каналы, по которым передаются высокоскоростные услуги, имеют меньшую зону радиопокрытия. Поэтому зона радиопокрытия для канала RACH должна сравниваться с зоной радиопокрытия низкоскоростных услуг, таких как передача речи.

 Для обеспечения соответствия зон радиопокрытия этих каналов RACH должен иметь характеристики, показанные в таблице 1.

 Радиопокрытие для канала RACH является крайне важным в том случае, если в сети планируется сплошное радиопокрытие только для низкоскоростных услуг. Если же планируется сплошное радиопокрытие для высокоскоростных услуг, то канал RACH не является лимитирующим.

Общий канал пакетных данных (Common Packet Channel, CPCH):

- используется для передачи малых и средних объемов данных с
импульсным характером (короткие текстовые сообщения, текстовая электронная почта, запрос на загрузку web-страницы); используются определенные коды в каждой соте;

- используется быстрое управление мощностью; не используется мягкий хендовер;

-      пользовательские данные передаются по общему физическому каналу пакетных данных (Physical Common Packet Channel, PCPCH); требуется покрытие всей площади соты.

Каналы радиоинтерфейса WCDMA в линии «вниз» BS-UE

Выделенный канал (Dedicated Channel, DCH):

-      используется для передачи средних и больших объемов данных (данные реального масштаба времени: речь, видеосвязь, видеоигры);

-      используется для передачи управляющей информации более высоких уровней;

-      не используется для передачи данных с импульсным характером; используется расширяющий код для максимальной скорости передачи данных;

-      скорость передачи данных может изменяться по кадрам; используется быстрое управление мощностью; используется мягкий хендовер;

-      пользовательские данные транспортного канала DCH передаются по выделенному физическому каналу данных DPDCH (Dedicated Physical Data Channel); управляющая информация транспортного канала DCH передается по выделенному физическому каналу управления DPCCH (Dedicated Physical Control Channel); требуется покрытие всей площади соты.

Общие транспортные каналы сети

Вещательный канал (Broadcast Channel, BCH):

-      содержит информацию о сети и своей соте: доступные коды случайного доступа, слоты доступа, типы используемых методов разнесенной передачи с другими каналами;

-      используется фиксированная низкая скорость передачи информации для возможности декодирования этого канала любыми терминалами, находящимися на границе соты;

-      пользовательские данные передаются по первичному общему физическому каналу управления (Primary Common Control Physical Channel, PCCPCH);

-      требуется радиопокрытие для всей площади соты.

Канал прямого доступа (Forward Access Channel, FACH): - используется для передачи информации абонентам, местонахождение которых в конкретной соте заранее известно;

-      используется для передачи малых объемов данных с импульсным
характером (короткие текстовые сообщения, текстовая электронная почта);

-      используются определенные коды в каждой соте;

-      не используется быстрое управление мощностью;

-      не используется мягкий хендовер;

-      пользовательские данные передаются по вторичному общему физическому каналу управления (Secondary Common Control Physical
Channel, SCCPCH);

-      требуется покрытие всей площади соты, поэтому один из каналов
FACH в соте/секторе должен иметь низкую скорость передачи.
Канал вызова (Paging Channel, PCH):

-      содержит информацию об установлении соединения по другим
транспортным каналам;

-      используются определенные коды в каждой соте;

-      не используется быстрое управление мощностью;

-      не используется мягкий хендовер;

-      пользовательские данные передаются в тех сотах, зона радиопокрытия которых охватывает ту область, где ожидается нахождение
абонента (от одной до сотен сот);

-      требуется покрытие всей площади соты;

-      передается по вторичному общему физическому каналу управления (Secondary Common Control Physical Channel, SCCPCH).
Прямой разделяемый канал (Downlink Shared Channel, DSCH):

-      используется для передачи управляющей информации;

-      используется для передачи средних и больших объемов данных с
импульсным характером (короткие текстовые сообщения, текстовая электронная почта);

-      каждый код используется несколькими абонентами;

-      скорость передачи данных может изменяться по кадрам;

-      используется быстрое управление мощностью;

-      не используется мягкий хендовер;

-      всегда связан с выделенным прямым каналом DCH;

-      пользовательские данные передаются по прямому разделяемому
физическому каналу (Physical Downlink Shared Channel, PDSCH);

-      не требуется покрытие всей площади соты.

Обязательными общими транспортными каналами для сети являются RACH, FACH и РСН. Каналы DSCH и СРСН являются необязательными, и их использование определяется сетевой конфигурацией.

Общие транспортные каналы (RACH и FACH) не используют быстрое управление мощностью и мягкий хендовер, поэтому их характеристики хуже, чем у выделенных каналов, что должно учитываться при планировании радиопокрытия этих каналов.

 Решение о том, какой из каналов выбрать для передачи данных, принимается в блоке распределения пакетов в RNC на основе следующей информации:

-       тип услуги и параметры физического канала, например, требования по задержке;

-       объем данных;

-       загрузка общих каналов и разделяемых каналов;

-       уровни помех на радиоинтерфейсе;

-       характеристики различных транспортных каналов.

 Другие физические каналы

 В сети UMTS (WCDMA) предусмотрен ряд физических каналов, которые выполняют функции сигнализации и не содержат информацию никаких транспортных каналов. Среди них наиболее важными являются следующие. Канал синхронизации (Synchronization Channel, SCH). Данный канал используется для входа абонентской станции в синхронизм с базовой станцией. Это первый канал, данные которого декодируются при включении АО или ее вхождении в зону радиопокрытия для каналов трафика. Поэтому его зона радиопокрытия должна быть больше, чем у других каналов. Общий пилот-канал (Common Pilot Channel, CPICH). Функция этого канала состоит в том, чтобы по его характеристикам оценивать характеристики выделенных каналов (данных и управления), измерять уровень мощности данного канала при принятии решения о выполнении хендовера и осуществлять начальный выбор доступной соты. Зона его радиопокрытия может динамически регулироваться для выравнивания загрузки соседних сот.

Кроме данных физических каналов в сети UMTS (WCDMA) предусмотрены следующие физические каналы:

-       канал индикации занятия (Acquisition Indication Channel, AICH), требуется такое же радиопокрытие, как и для канала RACH;

-       канал индикации вызова (Paging Indication Channel, PICH), требуется такое же радиопокрытие, как и для канала РСН;

-       канал индикации статуса СРСН (СРСН Status Indication Channel
CSICH), требуется такое же радиопокрытие, как и для канала СРСН;

-       канал-индикатор обнаружения коллизии/присвоения канала (Collision Detection/Channel Assignment Indicator Channel CD/CA-ICH),
требуется такое же радиопокрытие, как и для канала СРСН.

 

1.8 Множественный доступ с кодовым разделением каналов

 

Несмотря на то, что кодовые методы разделения каналов были известны давно, первая в мире цифровая система подвижной связи с кодовым разделением каналов, разработанная фирмой Qualcomm (США), вступила в эксплуатацию только в 1995 г.

Особенностью систем с кодовым разделением каналов CDMA (Code Division Multiple Access) является использование так называемых широкополосных сигналов (ШПС). Их еще называют сигналами с большой базой, или шумоподобными сигналами.

Напомним, что база сигнала определяется как произведение ширины спектра, занимаемого сигналом AF_C , на его длительность х₀:

v = AF_ct₀.

В системах связи с узкополосными сигналами v = AF_cx₀ Ф1. Получить v » 1 можно путем формирования сигналов с То »т₀ (при ДРс = AF_C) или с AFc » AF_C (при То = т₀). Простое удлинение сигналов приведет к снижению скорости передачи в То До раз. Для того чтобы этого не произошло, сигналы S(t) передаются с перекрытием во времени, а для того чтобы на приеме их можно было разделить, они должны быть ортогональными, т.е.

 

В разработанной фирмой Qualcomm системе с кодовым разделением Использование «длинных» сигналов То»т₀ позволяет обеспечить качественный прием в условиях действия в канале сосредоточенных во времени помех.

В разработанной фирмой Qualcomm системе с кодовым разделением каналов используется так называемый метод прямого расширения спектра частот, позволяющий получить AFc. Сущность прямого расширения спектра частот заключается в умножении несущей на псевдослучайную последовательность (ПСП) с периодом повторения Г = т₀, включающую N бит последовательности длительности таким образом, как на рисунке 5.

 

 

Рисунок 5 - Передатчик ШПС

 

 В этом случае база ШПС численно равна количеству элементов ПСП     v =t_o/To=Л. В качестве псевдослучайных последовательностей используются последовательности на основе функций Уолша, которые являются ортогональными.

Прием ШПС осуществляется оптимальным приемником, который вычисляет интеграл

где S(t) - сумма полезного сигнала и помехи; S₀(t) - опорный сигнал, который для i-го канала определяется как S_i(t).

Спектр ШПС представлен на рисунке 6. Схема приемника, осуществляющего корреляционный прием, приведена на рисунке 7.

Адрес абонента определяется формой псевдослучайной последовательности (в данном случае одним из вариантов функции Уолша), используемой для расширения спектра частот.

 

 

Помехи по каналам передачи базовой станции создают лишь соседние базовые станции, которые работают в той же полосе частот и используют ту же ПСП, но с другим циклическим сдвигом.

В подвижных станциях ортогональные функции Уолша также используются при передаче, но не для разделения (уплотнения) каналов, а для повышения их помехоустойчивости. В этом случае каждой группе из 6 бит информационной последовательности соответствует при передаче одна из 2⁶ = 64 ортогональных последовательностей Уолша. При передаче каждая подвижная станция использует ПСП с разными циклическими сдвигами, что дает возможность базовой станции при приеме разделять сигналы от подвижных станций.

Метод доступа с кодовым разделением каналов в настоящее время рассматривается как метод доступа для третьего поколения систем сотовой подвижной связи. Следует заметить, что технология CDMA не требует специального оборудования для шифрования, так как при большом числе элементов в ПСП чрезвычайно велико число вариантов ПСП.

Остановимся на еще одной интересной и полезной технической детали, примененной в системе с кодовым разделением каналов стандарта CDMA Qualcomm.

В стандарте используются раздельная обработка отраженных сигналов, приходящих с разными задержками, и последующее их весовое сложение, что позволяет осуществлять качественный прием в условиях многолучевости. При раздельной обработке лучей в каждом канале приема на базовой станции используются 4 параллельно работающих коррелятора, а на подвижной станции - 3 коррелятора. Наличие параллельно работающих корреляторов позволяет осуществить мягкий режим «эстафетной передачи» при переходе из соты в соту. Для этого в системе подвижной сотовой связи производится оценка качества приема сигналов от двух базовых станций последовательно кадр за кадром, при этом выбирается кадр с наилучшим качеством. Процесс выбора лучшего кадра позволяет сформировать результирующий сигнал путем «склеивания» лучших кадров, передаваемых разными базовыми станциями, участвующими в «эстафетной передаче». Мягкое переключение обеспечивает высокое качество приема речевых сообщений и устраняет перерывы в сеансах связи, что имеет место в сотовых сетях связи других стандартов.

В заключение остановимся на достоинствах CDMA.

Стандарт CDMA позволяет использовать одну и ту же частоту по всей сети, во всех сотах. Следовательно, коэффициент повторного использования частот для CDMA с = 1. Таким образом, в зависимости от того, с каким кластером проводится сравнение (с = 7 или с = 4), увеличение емкости по отношению к AMPS составит 7-10 раз.

Другим фактором, способствующим снижению взаимных помех в системе CDMA и, следовательно, увеличению ее емкости, является применение, аналогично GSM, системы прерывистой передачи речи на основе использования детектора активности речи. Последний фиксирует интервалы активности речи, вызывая команду на прекращение излучения сигнала подвижной станции в пассивные интервалы - интервалы, соответствующие паузам и прослушиванию разговора противоположной стороны, на которые приходится 65% сеанса связи.

Ожидается, что сети сотовой связи, использующие метод CDMA, обеспечат вдвое большую пропускную способность по сравнению с традиционными цифровыми сотовыми сетями.

Кроме того, метод CDMA на основе применения шумоподобных сигналов должен сыграть важнейшую роль в создании широкополосных служб персональной связи (Personal Communication Services -PCS), в которых многие видят достойного конкурента существующим сотовым сетям подвижной радиосвязи и стационарным телефонным сетям. Обобщенная структурная схема сети сотовой подвижной радиосвязи CDMA приведена на рисунке 8. Основные элементы BTS, BSC, MSC, ОМС аналогичны используемым в сотовых сетях с частотным и временным разделением каналов (NMT-450, GSM-900 и др.). На рисунке 8 DB (Data Base) - база данных об абонентах и оборудовании. Основное отличие заключается в том, что в состав сети CDMA включены устройства оценки качества и выбора кадров (Selector Unit - SU). Кроме того, для реализации процедуры мягкого переключения между базовыми станциями, управляемыми разными контроллерами (BSC), вводятся линии передачи между SU и BSC.

 

 

Рисунок 8 - Обобщенная схема сети подвижной радиосвязи CDMA

 

Наиболее существенным дополнением, предусмотренным в стандарте IS-95B, является увеличение верхней границы скорости передачи данных. Благодаря возможности объединения до восьми каналов трафика CDMA скорость передачи данных может достигать значений 115 кбит/с (8x14,4 кбит/с), причем производители оборудования смогут постепенно наращивать число объединяемых каналов, поддерживаемое инфраструктурным оборудованием.

Так, компания Qualcomm на начальном этапе предполагает использовать два или четыре объединенных канала в прямом направлении (от БС к АС), что обеспечит скорость 28,8 или 57,6 кбит/с соответственно, и один канал в обратном направлении. Данный набор отражает асимметричную природу трафика, характерную для таких приложений, как электронная почта и доступ к сети Интернет.

Последующая версия стандарта (IS-95C) направлена на повышение частотной эффективности и емкости системы CDMA. Для этого используемый набор из 64 кодов Уолша будет дополнен группой из 64 кодов, передаваемых по квадратурному каналу. Несмотря на изменения, система сохранит обратную совместимость со стандартами IS-95A и В и будет занимать прежнюю полосу частот, равную 1,25 МГц. Ожидаемое повышение эффективности использования спектра составит от 1,5 до 2 раз по сравнению с предыдущими стандартами. Изменения также будут направлены на сокращение энергии, потребляемой портативными терминалами, что позволит увеличить время работы такой абонентской станции в режиме ожидания до 200 ч. В результате стандарт IS-95C будет удовлетворять значительной части требований, сформулированных МСЭ для систем третьего поколения.

Помимо этого разрабатывается модификация стандарта IS-95-HDR, которая призвана расширить возможности стандарта по высокоскоростной передаче данных. Эта версия даст возможность организовать канал передачи данных со скоростью свыше 1 Мбит/с в прямом канале (от БС к АС) при значительно более низкой скорости в обратном канале. Возможности, которые предоставит IS-95-HDR, в первую очередь ориентированы на асимметричный трафик приложений Интернет. Совместное использование IS-95C и IS-95-HDR может значительно повысить привлекательность систем абонентского радиодоступа CDMA благодаря высокой емкости и поддержке высокоскоростной передачи данных, необходимой для будущих приложений. Развитие технологии CDMA происходит в рамках ССПС третьего поколения. Работа над стандартами для семейства сетей IMT-2000 координируется МСЭ. Расширение занимаемой полосы частот, использование более совершенных принципов построения радиоинтерфейса, соответствие единым минимальным требованиям, выработанным МСЭ, позволит добиться в ССПС третьего поколения таких преимуществ, как глобальный роуминг, повышенная емкость, улучшенное качество передачи речи и высокоскоростная передача данных для поддержки мультимедиа трафика. Качественное изменение принципов построения радиоинтерфейса открыло путь для дальнейшего прогресса в области технологий CDMA и стало основой для создания перспективных приложений.

Внедрение систем IMT-2000 положило начало периоду совместного существования ССПС второго и третьего поколений. В течение этого периода будут постепенно вытесняться системы предыдущего поколения, в первую очередь, за пределы территорий с наивысшей плотностью абонентов, т. е. за пределы мегаполисов. Переходный период может растянуться на годы, в течение которых будет происходить дальнейшее развитие систем мобильных телекоммуникаций.

 

1.9 Оборудование CDMA от компании ZTE

 

ZTE одной из первых компаний мира приступила к НИР/НИОКР по CDMA и явилась первой среди местных китайских компаний, выпускающих телекоммуникационное оборудование, начавшей исследования в области создания систем с кодовым разделением каналов.

К настоящему времени компанией ZTE разработана полная серия продукции для сетей CDMA, включая коммутационное оборудование, оборудование базовых станций и оборудование доступа; созданы системы передачи коротких сообщений, системы управления сетями и терминалы для работы в частотных диапазонах 450 МГц, 800 МГц, 1900 МГц и 2100 МГц.

Отметим, что:

- IS-95A и IS-95B предназначены в основном для поддержки услуг речи, относящихся ко второму поколению;

- CDMA 1X поддерживает как услуги передачи речи, так и услуги передачи данных. Максимальная скорость передачи данных может достигать 153 кбит/с. Стандарт относится к 3-му поколению;

- cdma2000 1XEV-DO является усовершенствованной версией cdma2000 1X этапа 1, поддерживает услуги передачи данных с максимальной скоростью передачи до 2,4 Мбит/с;

- cdma2000 1XEV-DV является усовершенствованной версией cdma2000 1X этапа 2, поддерживает услуги передачи речи и данных с максимальной скоростью передачи данных до 4 Мбит/с и более.

На рисунке 9, представлены этапы разработки корпорацией ZTE оборудования CDMA по годам.

 

 

Рисунок 9 - Этапы разработки CDMA

 

Анализ рынка CDMA. В настоящее время в мире существует свыше двадцати поставщиков систем CDMA и более пятидесяти производителей мобильных телефонов. Компания ZTE уже успешно разработала системы CDMA-IS95 и cdma2000 и ввела их в коммерческую эксплуатацию.

Учитывая тенденции развития CDMA в мире, можно сказать, что переход от технологии CDMA к системе мобильной связи 3G значительно ускорится. В настоящее время в 56 странах мира развернуто более 180 сетей CDMA, 41% из которых находится в азиатско-тихоокеанском регионе, 38% - в Северной Америке, 19% - в Латинской Америке и 2% - в других регионах. Согласно оценке, общее число пользователей CDMA в 2011 г. достигнет 900 млн., 70% из которых будут являться пользователями сетей мобильной связи cdma2000. Ежемесячный объем мобильной передачи данных каждого пользователя превысит 200 Мбайт, что соответствует уровню передачи данных в существующем проводном Интернете. В таких странах, как Южная Корея, Индия, Новая Зеландия и Австралия, рынок CDMA развивается очень быстро. Система cdma2000-1x наиболее успешно внедряется в Южной Корее. Общее число ее пользователей уже превысило 78 млн. Три крупных оператора в Южной Корее - SK, KTF и LG -развернули услуги cdma2000-1x. Для создания сети компании SK и KTF применен режим наложенной сети, а компания LG telecom модернизировала предыдущую сеть IS-95.

Южная Корея - первая страна в мире, где предоставляется коммерческая услуга синхронной связи cdma2000 1 XEV - DO. 17 ноября 2001 г. компания SK Telecom развернула экспериментальную услугу, а 28 января 2002 г. эта компания предоставила в городе Инчхоне коммерческую услугу синхронной связи IMT - 2000 (cdma2000 1 XEV -DO). С этого момента началась новая эпоха синхронной мобильной связи. В середине февраля 2002 г. коммерческая услуга синхронной связи IMT - 2000 (cdma2000 1 XEV - DO) была предложена в Сеуле, а в конце апреля 2002 г. - еще в 26 городах, включая Пусан, Дегу, Гванджу и другие города, где проводились матчи Кубка мира по футболу. Сначала эта услуга была доступна при использовании мобильного телефона PCMCIA, представляющего собой специальный мобильный телефон, подключаемый к PDA или ноутбуку для беспроводной передачи данных. В апреле 2002 г. были применены обычные мобильные телефоны. В мае 2002 г. стали использоваться видео по запросу (VOD) и мобильные видеотелефоны. Во время матчей Кубка мира по футболу болельщики всего мира использовали услугу мобильной связи IMT-2000 с максимальной скоростью передачи 2,4 Мбит/с, что в 16 раз превышает доступную в настоящее время скорость 144 кбит/с в сети cdma2000 1X. Данной услугой можно пользоваться во время путешествий. Она может предоставлять такие беспроводные мультимедийные услуги, как VOD и передача по почте фотографий и рисунков.

Согласно прогнозу Datacomm Company, в ближайшие пять лет число пользователей CDMA в мире превысит 75% от общего количества мобильных пользователей в мире. Во многих развивающихся странах, где мобильная связь не развита, технология CDMA при создании сетей мобильной связи будет использоваться намного чаще, чем технология GSM. С быстрым развитием рынка мобильной связи в развивающихся странах сети CDMA приобретают все большую популярность.

В настоящее время сети CDMA используются более чем в 80 странах мира и применяются в качестве основных сетей мобильной связи в таких странах, как США, Южная Корея, Япония и Австралия, а также в некоторых регионах Южной Америки. Группа разработки CDMA (CDMA Development Group, CDG) привела в своем исследовательском отчете следующие данные. В течение последних лет объем предоставляемых услуг CDMA стремительно вырос, особенно в Азии.

На международном рынке изделия CDMA, разработанные компанией ZTE, могут успешно конкурировать с изделиями любых других производителей.

Общие сведения об оборудовании ZTE. В разработке CDMA компания ZTE задействовала в общей сложности около 1500 сотрудников, занятых исследованиями, разработкой и тестированием, и около 400 сотрудников, занимающихся развертыванием проектов. Более 80% этих сотрудников имеют высшее образование со степенью магистра или более высокой степенью, что образует мощный интеллектуальный ресурс.

В настоящее время ZTE может обеспечивать полный набор схем организации сети для систем мобильной телефонной связи IS-95 и cdma2000 1X и систем беспроводного доступа (WLL; Wireless Local Loop) CDMA в трех диапазонах частот: 450 МГц, 800 МГц и 1,9 ГГц.

Система cdma 2000 1x EV-DO (HDR) была продемонстрирована на Ежегодной выставке 3G, организованной в Гонконге в 2002 г., и была также внедрена в провинции Гуйчжоу и Гуанси-Чжуаньском автономном районе Китая.

 

1.10 Решения компании ZTE для широкополосного доступа с кодовым разделением каналов (WCDMA)

 

Являясь активным членом проектов 3GPP и 3GPP2, компания ZTE приняла участие в разработке спецификаций WCDMA. В зависимости от требований операторов, компания ZTE может поставлять оборудование, выполненное в соответствии с релизами R99, R4 и R5. Сети, построенные в соответствии с этими решениями, представлены на рисунках 10, 11, 12 соответсвенно.

Хотя практически все сокращения были расшифрованы ранее, для удобства работы над разделом напомним суть некоторых из них:

- ОМС (Operations and Maintenance Center) - центр эксплуатации и техобслуживания;

- GGSN (Gateway GPRS Support Node) - узел поддержки шлюзов GPRS;

-       MSC (Mobile Switching Center) - центр коммутации мобильной связи;

-       SGSN (Serving GPRS Support Node) - узел поддержки услуг GPRS;

-       RNC (Radio Network Controller) - контроллер радиосети;

- BTS (Base Transceiver Station) - базовая приемопередающая станция;

-       BSC (Base Station Controller) - контроллер базовой станции;

- PLMN (Public Land Mobile Network) - сеть наземной сотовой связи
общего пользования;

-         PS (Packet Switching) - домен коммутации пакетов;

- CS (Circuit Switching) - домен коммутации каналов.

 

Рисунок 10 - Решение ZTE WCDMA на основе релиза R99

 

Компания ZTE может представить подходящие решения для WCDMA для разных операторов. Для традиционных операторов GSM разработка систем третьего поколения осуществляется путем эволюционного перехода от систем 2G, и компания обеспечивает интегрированные решения на основе GSM/GPRS/WCDMA. Базовые станции WCDMA реализуются для GSM/GPRS сетей путем добавления UMSC интегрированной платформы «голос-данные». Услуги делятся на услуги коммутации каналов (CS) и коммутации пакетов (PS), которые, соответственно, поддерживают доступ для голосовых и пакетных услуг.

Решения ZTE для сетей 3G и их идеальный выбор для прямого создания сетей UMTS и интегрированных платформ «голос-данные» UMSC обеспечивают быстрый доступ к услугам 3G и постепенный переход к сетям полностью на основе IP, поскольку IP рассматривается как платформа будущего для сигнализации, передачи голосового трафика и данных.

 

 

Рисунок 11 - Решение ZTE WCDMA на основе релиза R4

 

 

Рисунок 12 - Решение ZTE WCDMA на основе релиза R5

 

1.11 Теоретические основы семейства беспроводных локальных сетей связи 802.11х

 

Беспроводная локальная сеть связи - это радиосеть с малой зоной покрытия. Большинство современного оборудования, предназначенного для WLAN, создано на базе стандарта IEEE 802.11b. Данный международный стандарт определяет беспроводную связь в не требующем лицензирования диапазоне частот, предназначенных для промышленного, научного и медицинского оборудования - 2,4 ГГц, между сетевыми интерфейсными платами (Network Interface Card, NIC) и пунктами доступа (Access Point, АР), соединенными с проводной локальной сетью связи или шлюзом доступа в Интернет. Устройства, базирующиеся на новых стандартах 802.11д и 802.11а, обеспечивают более высокие скорости передачи данных, которые достигают 54Мбит/с. В физической среде IEEE 802.11b сигнал распространяется с помощью маломощного шумоподобного сигнала, имея более десятка частотных каналов шириной 22 МГц в области 2,4 ГГц. Щадящие режимы эксплуатации позволяют использовать частотный ресурс весьма интенсивно. Характер сигнала позволяет устанавливать связь на дальности до 110 км при наличии не только прямой оптической видимости между конечными точками, но и при отсутствии преград в области так называемой первой зоны Френеля (для связи на расстоянии 110 км превышение над уровнем преград должно составлять минимум 320 м при использовании направленной антенны). В условиях разновысотной застройки, снежно-дождливого климата дальность связи варьируется около 5 км. Сигнал сильно ослабляют все субстанции, сильно нагревающиеся от электромагнитного излучения с частотой 2,4 ГГц [2].

Требования к беспроводным локальным сетям. Беспроводные сети должны удовлетворять некоторым требованиям, типичным для всех локальных сетей, в том числе: высокая пропускная способность, возможность охвата небольших расстояний, связность подключенных станций и возможность широковещания. Кроме того, существует набор требований, характерных только для беспроводных локальных сетей. Перечислим важнейшие из них.

Производительность. Протокол управления доступом к среде должен максимально эффективно использовать беспроводную среду для максимизации пропускной способности.

Число узлов. От беспроводных локальных сетей может требоваться поддержка сотен узлов из множества ячеек.

Соединение с магистральной локальной сетью. В большинстве случаев требуется взаимосвязь со станциями магистральной локальной сети. Для беспроводных локальных сетей, имеющих внутреннюю инфраструктуру, это требование легко удовлетворяется посредством использования модулей управления, присоединяемых к локальным сетям обоих типов. Может также понадобиться специальное помещение для мобильных пользователей и организация эпизодических беспроводных сетей.

Обслуживаемая область. Типичная сфера охвата беспроводной локальной сети имеет диаметр 100-300 м.

Потребление питания от батарей. Мобильные сотрудники используют рабочие станции с питанием от батарей, потребление которого не должно быть большим при использовании беспроводных адаптеров. Это делает неприменимым протокол MAC, требующий, чтобы мобильные узлы постоянно следили за точками доступа или часто связывались с основной станцией.

Устойчивость передачи и безопасность. Беспроводные сети, если они разработаны неправильно, могут быть подвержены интерференции и легко прослушиваться. Структура беспроводной локальной сети должна обеспечивать надежную передачу даже в обстановке шума, а также некоторый уровень зашиты от прослушивания.

Совместная работа в сети. С ростом популярности беспроводных сетей повысилась вероятность того, что две или более сетей будут работать в одной области или в нескольких областях, допускающих интерференцию разных локальных сетей. Такая интерференция может мешать нормальной работе алгоритма MAC и способствовать несанкционированному доступу к отдельной локальной сети.

Работа без лицензии. Пользователи желали бы приобретать продукты рынка беспроводных локальных сетей и работать с ними на нелицензируемой полосе частот.

Переключение/роуминг. Протокол MAC, используемый в беспроводных локальных сетях, должен позволять мобильным станциям перемещаться из одной ячейки в другую.

Динамическая конфигурация. МАС-адресация и сетевое управление локальной сети должны позволять динамическое и автоматическое добавление, удаление и передислокацию конечных систем, не причиняя неудобств другим пользователям.

Услуги IEEE 802.11. Группа IEEE 802.11 определила девять услуг, которые должна предлагать беспроводная локальная сеть для обеспечения функциональных возможностей проводной сети.

Поставщиком услуги может быть либо станция, либо распределительная система (DS). Услуги станций реализуются на каждой станции 802.11, в том числе на станциях, являющихся точками доступа (АР). Услуги распределительных систем предлагаются между базовыми наборами услуг (BSS); эти услуги могут реализовываться на точках доступа или на других специализированных устройствах, присоединенных к распределительной системе.

Для управления доступом к ЛВС и безопасностью используются три услуги. Еще шесть услуг используются для поддержки доставки модулей данных службы MAC (MSDU) от станции к станции. MSDU — это блок данных, передаваемых пользователем MAC на уровень MAC; обычно это PDU уровня LLC. Если модуль MSDU чересчур большой для передачи одним кадром MAC, его можно фрагментировать и передать в последовательности кадров MAC.

Приведенные ниже услуги описаны так, как они определены в документах IEEE 802.11, причем выбран такой порядок их рассмотрения, чтобы была максимально понятна работа сети IEEE 802.11.

В распределении сообщений в пределах DS задействованы две услуги: распределение и интеграция. Распределение — это основная услуга, используемая станциями для обмена МАС-кадрами, когда кадр должен пройти через распределительную систему, чтобы проследовать от станции из одного BSS к станции, находящейся в другом BSS. Предположим, например, что требуется доставить кадр от станции 2 (STA2) к станции 7 (STA7). Кадр передается от STA2 к STA1, которая для данного BSS является точкой доступа. Точка доступа передает кадр распределительной системе, которая должна направить кадр к точке доступа (STA5) целевого BSS. STA5 получает кадр и передает его STA7. Как сообщение передается через распределительную систему, в стандарте IEEE 802.11 не описывается.

Если две станции сообщаются в пределах одного BSS, услуга распределения предоставляется точкой доступа этого BS8. Услуга интеграции позволяет передавать данные между станцией локальной сети IEEE 802.11 и станцией интегральной локальной сети IEEE 802.x. Термином интегральная называется проводная локальная сеть, физически соединенная с распределительной системой, причем станции этой сети могут логически соединяться с локальной сетью IEEE 802.11 посредством услуги интеграции. Услуга интеграции разрешает все вопросы, связанные с логикой трансляции адресов и преобразований среды, требуемых для обмена данными.

Основной задачей уровня MAC является передача модулей MSDU между объектами MAC; выполняет эту задачу распределительная система, для функционирования которой требуется информация о станциях в пределах ESS. Эта информация поставляется услугами, связанными с ассоциацией. Перед тем как распределительная система сможет передавать, или принимать информацию станции, требуется установить ассоциацию. На основе мобильности станций в стандарте определены три типа переходов.

Без перехода. Станция либо стационарна, либо перемещается в пределах досягаемости станций, принадлежащих к тому же BSS.

Переход BSS. Переход станции из одного BSS в другой в пределах одного ESS. В этом случае для доставки данных требуется найти новое местоположение станции.

Переход ESS. Перемещение стации из ВSS одного ESS в BSS другого ESS. Переход этого типа поддерживается только в том смысле, что станция может двигаться. Сохранность соединений высшего уровня, поддерживаемых сетью 802.11, гарантировать нельзя. Фактически наиболее вероятным следствием подобного перехода является разрыв услуги.

Для доставки сообщений в пределах распределительной системы услуге распределения должно быть известно, где расположена станция-адресат. В частности, распределительная система должна знать, какая станция выступает в роли точки доступа, т.е. кому передавать сообщения, предназначенные станции-адресату. Для удовлетворения этого требования станция должна поддерживать ассоциацию с точкой доступа в пределах текущего BSS. С этим требованием связаны три услуги: ассоциация, повторная ассоциация, разрыв ассоциации.

Ассоциация. Установление первоначальной ассоциации между станцией и точкой доступа. Перед тем как станция начнет передавать или получать кадры в беспроводной локальной сети, ее нужно идентифицировать. Для этого станция должна установить ассоциацию с точкой доступа в пределах конкретного BSS. Затем эта точка доступа может передать необходимую информацию о станции остальным точкам доступа данного ESS, что облегчит будущую маршрутизацию и адресную доставку.

Повторная ассоциация. Разрешает передавать установленную ассоциацию между точками доступа, позволяя мобильной станции перемещаться между наборами BSS.

Разрыв ассоциации. Уведомление от станции или точки доступа об аннуляции существующей ассоциации. Станция должна получить это уведомление до выхода из ESS или отключения. В то же время средство управления MAC защищено от станций, которые исчезают без уведомления.

Существуют две характеристики проводной локальной сети, отличающие ее от беспроводной.

Для передачи по проводной ЛВС станция должна быть физически соединена с этой сетью. С другой стороны, в беспроводной сети передавать может любая станция, находящаяся в пределах радиосвязи других устройств. В определенном смысле в проводной сети имеется некоторая разновидность аутентификации — для соединения с сетью станция должна выполнить кое-какие предопределенные действия.

Подобным образом, для приема передачи от станции, принадлежащей проводной локальной сети, принимающая станция должна также быть присоединена к проводной сети. С другой стороны, в беспроводной сети принимать может любая станция, находящаяся в пределах радиосвязи других устройств. Таким образом, проводная ЛВС обеспечивает некоторую конфиденциальность, ограничивая .число возможных получателей сообщения станциями, соединенными с сетью.

Поскольку беспроводная локальная сеть не имеет данных характеристик, в стандарте IEEE 802.11 определены следующие услуги.

Аутентификация. Используется для идентификации станций. В проводной ЛВС обычно предполагается, что доступ к физическому соединению дает право на связь с ЛВС. Это предположение не является верным для беспроводных сетей, где связность устройств обуславливается простым наличием антенны, настроенной соответствующим образом. Услуга аутентификации используется станциями для идентификации себя в среде уже сообщающихся станций. В IEEE 802.11 определены несколько схем аутентификации, имеется также возможность расширения этих схем. Стандарт не навязывает никакой обязательной схемы, поэтому может использоваться как относительно небезопасная схема квитирования, так и весьма надежная схема шифрования с открытым ключом. При этом, правда, требуется взаимно приемлемая, успешная аутентификация, только после которой станция может устанавливать ассоциацию с точкой доступа.

Отмена аутентификации. Эта услуга используется при аннуляции существующей аутентификации.

Конфиденциальность. Предотвращает чтение сообщения теми, кому оно не предназначено. Для обеспечения конфиденциальности стандарт предлагает (но не навязывает) использовать шифрование, согласно алгоритму WEP.

 

1.12 Варианты построения беспроводной сети

 

Беспроводная сеть офиса крупной компании. В ряде случаев развертывание кабельных систем для создания офисной сети невозможно или нецелесообразно. Оптимальным решением в этих ситуациях является развертывание многосотовой беспроводной офисной сети инфраструктурной (infrastructure) топологии. Сеть состоит из нескольких беспроводных сот, в центре которых находятся точки доступа, объединенные единственным проводным каналом. При необходимости, объединение точек доступа в единую сеть может быть выполнено с помощью беспроводных каналов. Сеть инфраструктурной топологии обеспечивает наивысшую производительность, поддерживает роуминг мобильных пользователей в пределах зон радиовидимости точек доступа и обеспечивает безопасность на уровне проводных каналов.

Типовые решения для корпоративных клиентов. Беспроводные корпоративные сети создаются для объединения удаленных локальных сетей при отсутствии между ними проводных или волоконно-оптических каналов или необходимости их резервирования. В зависимости от требований к беспроводной сети, она строится либо на беспроводных сетевых адаптерах с использованием точки доступа в качестве базовой станции, что обеспечивает минимальную стоимость, либо на беспроводных маршрутизаторах, что позволяет достичь максимальной производительности. Сеть на беспроводных адаптерах позволяет подключать по радио к точке доступа базовой станции, как отдельные компьютеры, так и проводные сети, при назначении одного из компьютеров такой сети сервером радиодоступа и оснащении его проводным и беспроводным сетевым адаптером. Более эффективные сети получаются при использовании оборудования, специально созданного для этих целей - беспроводных маршрутизаторов. Такие устройства могут использоваться как для создания каналов «точка-точка», так и для развертывания масштабных сетей сложной топологии с возможностью многократной ретрансляции сигналов.

Беспроводные локальные сети связи общего пользования. Беспроводные локальные сети связи предназначены в первую очередь для трех сегментов рынка:

-       WLAN, обслуживающие предприятия;

-       WLAN, предназначенную для жилого сектора;

-       WLAN общего пользования.

Спрос на доступ к беспроводным локальным сетям связи в местах массового скопления людей постоянно растет, поэтому провайдеры услуг WLAN общего пользования, в свою очередь, обратили внимание на такие объекты, как отели и аэропорты, где наблюдается повышенная концентрация представителей соответствующих целевых групп пользователей. Вторая волна развертывания WLAN общего пользования, по всей видимости, захлестнет рестораны, кафетерии, салоны красоты и т.п.

Беспроводная локальная сеть связи не является основным видом деятельности для большинства владельцев мест, где предполагается развернуть WLAN. Доступ к беспроводной локальной сети связи предоставляется ими в качестве дополнительных услуг, например, гостиницы предлагают доступ к WLAN вместе с платным телевидением, а конференц-центры предлагают услуги доступа к WLAN наряду с услугами передачи факсов и ксерокопирования.

Преимущества, получаемые владельцами мест, в которых можно развернуть WLAN, весьма несущественны и вряд ли станут для них стимулом, чтобы взваливать на плечи бремя, которое приходится нести либо оператору, либо провайдеру Интернет-услуг, например, бороться за абонентов или обеспечивать функционирование интерфейсов к десяткам тысяч микроWLAN.

Пользователи WLAN хотят иметь хорошо отрегулированный доступ к сети, не предполагающий какой-либо суеты и хлопот. Их приоритеты - простота и оперативность, защита от несанкционированного доступа и надежность мобильных соединений. Они хотят иметь услуги и комфорт офисного класса независимо от своего местоположения и без необходимости многократно регистрироваться у различных многочисленных провайдеров. Они ожидают, что предоставляемые услуги будут обеспечивать простой механизм доступа и удобную процедуру оплаты, им также не хочется сталкиваться с проблемами совместимости.

Сетевые интерфейсные платы, пункты доступа и все другие компоненты беспроводной локальной сети связи должны представлять собой широко распространенные устройства массового пользования, поддерживающие различные стандарты.

Факторы, обуславливающие стремительное развитие беспроводных локальных сетей связи общего пользования:

-       радиоинтерфейс WLAN функционирует в не требующем лицензирования диапазоне частот для промышленного, научного и медицинского оборудования. В большинстве стран такие услуги могут предоставляться практически любым лицом, если доступ к ним ограничен территорией частного владения;

-       все оборудование, требуемое для предоставления услуг, недорогие, простые в установке пользовательские устройства;

-       операторы WLAN общего пользования - владельцы отелей, кафетериев несут минимальный риск. Прямые расходы сводятся к приобретению одного или нескольких пунктов доступа WLAN;

-       сейчас наблюдается самый высокий спрос на две прибыльные услуги: прямой доступ в Интернет (благодаря которому огромное количество провайдеров контента предоставляет практически любые услуги), а также доступ к корпоративным ресурсам.

Проблемы в сфере беспроводных локальных сетей связи общего пользования:

-       конкуренция будет очень жесткой, учитывая огромное количество участников, выходящих на этот рынок;

-       на сегодняшний день незначительное число операторов WLAN испытывает реальную необходимость зарабатывать деньги исключительно за счет услуг связи через установленную сеть WLAN, поскольку для предоставления таких услуг требуются весьма незначительные усилия и затраты, в то же время, по мере усложнения систем автоматического управления бизнесом и механизмов доступа в Интранет, сеть WLAN потребует больших инвестиций, чтобы удовлетворить растущий спрос бизнес-пользователей;

-       механизмы аутентификации и тарификации необходимы в процессе превращения WLAN в соответствующий доходный бизнес;

-       услуги WLAN на уровне больших регионов находятся в начальной стадии, так как основным игрокам на этом рынке все еще предстоит обеспечить предоставление услуг сети WLAN общего пользования на национальном уровне.

Операторы сетей мобильной связи имеют крупную пользовательскую базу, они установили прочные отношения с абонентами, обладают большим маркетинговым опытом, а также механизмами тарификации и обеспечения роуминга.

Операторы сетей фиксированной связи имеют широкую клиентскую базу, обладают необходимой инфраструктурой и поддерживают деловые отношения с многими владельцами мест, пригодными для развертывания локальной сети.

Провайдеры услуг Интернета обеспечивают доступ в глобальную сеть для пользователей беспроводной локальной сети связи общего пользования. Пользователи услуг WLAN могут иметь счет у провайдера услуг Интернета, на базе которого осуществляются процедуры тарификации и аутентификации. Многие бизнесмены, находящиеся в командировках, пользуются корпоративным счетом, поэтому не исключается возможность того, что их основной провайдер и местный провайдер не являются одним и тем же лицом.

Провайдеры услуг беспроводного доступа в Интернет выйдут на данный рынок со специальными предложениями, стремясь максимально расширить свое присутствие. Аналитики рынка полагают, что оперативность и опыт в установлении отношений с владельцами мест, пригодных для развертывания потенциальных сетей, обеспечит провайдерам услуг беспроводного доступа в Интернет преимущество в конкурентной борьбе. Провайдеры услуг беспроводного доступа в Интернет стремятся объединить имеющиеся ресурсы первых трех вышеуказанных групп.

Владельцы мест, пригодных для развертывания WLAN, обладают эксклюзивным правом установки беспроводной локальной сети связи в принадлежащих им помещениях. В связи с незначительным радиусом покрытия WLAN, без них вряд ли можно будет обойтись. Сети они будут развертывать на основе тендера, чтобы обеспечить наибольшую привлекательность своих объектов, а хозяева небольших помещений начнут привлекать специалистов третьих сторон для установки оборудования.

Расцвет беспроводных локальных сетей связи совпадает с развертыванием сетей мобильной связи третьего поколения. Это, в свою очередь, вызывает споры в отношении того, какое воздействие окажут данные сети друг на друга. Сети WLAN общего пользования представляют собой систему мобильной передачи данных, эксплуатацию и обслуживание которой лучше других могут осуществлять операторы сетей мобильной связи. Большинство операторов мобильной связи рассматривают WLAN как дополнение к технологии 3G и заинтересованы в том, чтобы остаться единоличным хозяином в области мобильной передачи данных.

Модели WLAN. Оператор точки доступа обслуживает установленное на месте оборудование. Брокер обеспечивает возможности роуминга в точке доступа для пользователей и совместное использование площадки для провайдеров услуг. Провайдер предоставляет услуги и производит начисление платы конечным пользователям. Он является единственным участником в данной схеме, который поддерживает отношения с конечным пользователем. Различные участники могут играть вышеуказанные роли в разнообразных комбинациях. Хотя в процессе организации эксплуатации WLAN общего пользования могут быт созданы различные модели и цепочки образования потребительской стоимости, владельцы площадок занимают главное место: ни один коммерческий проект не может обойтись без их участия.

Существует три базовых модели для операторов мобильной связи [2]:

-     Модель, предусматривающая минимальное участие. Оператор мобильной связи, предоставляя услуги, с выгодой для себя задействует свои механизмы аутентификации и тарификации, при этом никакие перипетии, связанные с эксплуатацией WLAN общего пользования, его не затрагивают. Он устанавливает связь с точками доступа или брокерами для получения доступа к нескольким площадкам;

-     Гибкая модель. Оператор мобильной связи, кроме провайдера услуг, принимает роль брокера, используя свой опыт в области обеспечения роуминга и биллинговых расчетов между операторами связи. Оператор точки доступа, практически, не получает никаких преимуществ от установления соединений со многими брокерами, поэтому деловые отношения с ним носят эксклюзивный характер. Оператор мобильной связи предоставляет на разумных условиях доступ для других провайдеров услуг и их конечных пользователей.

Если площадка оказывается непригодной для такого эксклюзивного варианта, оператор мобильной связи может отойти к варианту минимального участия и получать прибыль, выполняя функции брокера в отношении услуг, предоставляемых другими операторами. Модель сотовой связи. Оператор сети мобильной связи является оператором точки доступа и провайдером услуг; роль брокера является дополнительной. Модель сотовой связи работоспособна только в том случае, если оператор принимает на себя роль брокера и обслуживает клиентов других провайдеров услуг.

 

2 Цифровые системы передачи

 

2.1 Системы передачи и мультиплексирования

 

Системы типа Т используются для передачи цифровых сигналов с временным разделением и ИКМ-кодированием. Дополнительно системы передачи Т используют специальное линейное кодирование и металлические кабели с относительно широкой полосой частот, необходимой для высокоскоростной цифровой передачи. При прохождении по линиям передачи параметры цифровых сигналов ухудшаются из-за потери энергии в металлических проводах, как при низкочастотной фильтрации. Поэтому необходимо периодически устанавливать регенерационные пункты. Расстояние между регенераторами зависит от скорости передачи и используемого метода кодирования.

На рисунке 13 показана структурная схема цифрового регенератора (регенеративного повторителя). Регенератор состоит из трех функциональных блоков: корректирующего усилителя, выделителя тактовой частоты и собственно регенератора. В корректирующем усилителе производится фильтрация, коррекция формы принимаемого цифрового сигнала и усиливается уровень его мощности настолько, чтобы схема регенерации могла принять решение о наличии или отсутствии импульса. Схема выделения тактовой частоты воспроизводит тактовую информацию, содержащуюся в принимаемых данных, и обеспечивает регенератор собственной временной информацией так, что отсчеты могут быть сделаны в оптимальный момент времени при минимальной вероятности ошибки. Схема регенерации представляет собой простой пороговый детектор, который сравнивает напряжение отсчета принятого сигнала с опорным уровнем и решает, какой бит был принят - логическая 1 или 0.

Регенерационные участки проектируют так, чтобы отношение сигнал/шум было достаточным для безошибочной работы. Отношение сигнал/шум на выходе регенератора точно такое же, какое оно было на выходе передающей станции или предыдущего регенератора (т. е. соотношение сигнал/шум не ухудшается при прохождении сигнала через регенератор, фактически регенератор реконструирует исходный импульс с начальным отношением сигнал/шум).

 

Рисунок 13 - Структурная схема регенератора

 

В потоке Е1 европейского стандарта каждый канальный интервал содержит 8 бит. Следовательно, общее число бит в цикле равно:

(8 бит/в канальном интервале) х (32 канальных интервала/в цикле) =

= 256 бит/в цикле,

МСЭ-Т рекомендует единую систему обозначений цифровых потоков, согласно которой первичный поток европейской иерархии обозначается Е1, а американской (DS-1), а скорость потока Е1 равна:

(256 бит/цикл) х (8000 циклов/секунду) = 2,048 Мбит/сек.

Европейская иерархия цифровых систем передачи с ВРК идентична североамериканской иерархии, за исключением того, что европейская система основывается на потоке Е1 с 32-канальными интервалами (30 каналами полезной нагрузки). Европейская иерархия временного группообразования приведена в таблице 1. Взаимодействие систем передачи североамериканской и европейской иерархий на различных уровнях иерархии в общем случае не представляет проблемы, потому что большинство мультиплексоров и демультиплексоров обеспечивают необходимые преобразования скоростей.

Уровни европейской иерархии временного группообразования в скоростях передачи и количестве каналов

 

Таблица 1 - Уровни европейской иерархии

Обозначение	Скорость передачи, Мбит/сек	Емкость в каналах
Е1	2,048	30
Е2	8,448	120
ЕЗ	34,368	480
Е4	139,264	1920

 

В системах передачи с ВРК чрезвычайно важно определять не только цикл, но и каждый временной канальный интервал (отсчет) в пределах цикла. Для достижения циклового синхронизма необходимо внести в заголовок определенное количество информации. Существует несколько методов, используемых для установления и поддержания цикловой синхронизации — дополнительный бит, заимствованный бит, дополнительный канал, статистический метод и синхронизация по особому линейному признаку.

 

2.2 Цикловая синхронизация по особому линейному признаку

 

При синхронизации по особому линейному признаку используются некоторые свойства бит синхронизации, отличающиеся от свойств бит данных. Бит цикловой синхронизации делается выше или ниже по величине или отличается по длительности. Ранние системы передачи ИКМ с ВРК использовали уникальные линейные коды для цикловой синхронизации. Оконечные каналообразующие системы D1 использовали импульсы цикловой синхронизации с удвоенной амплитудой по сравнению с нормальными битами данных.

При синхронизации по особому линейному признаку может использоваться синхронизация по дополнительному биту, по дополнительному слову или определенным данным для одновременной передачи информации и переноса сигнала синхронизации. Достоинство метода синхронизации по особому линейному признаку заключается в прямоте его реализации и естественности самой идеи. Недостаток состоит в необходимости дополнительных средств для создания и определения уникального бита.

Мультиплексирование по битам и по группам символов

При временном объединении двух или более систем ИКМ в общий групповой поток необходимо чередовать передачу информации различных источников во временной области (рисунок 14). Система передачи Т1 использует чередование слов: отсчеты каждого канала по 8 бит объединяются в один 24-канальный цикл. Системы ВРК более высокого порядка и системы с дельта-модуляцией используют метод объединения по битам. Решение о выборе того или иного типа объединения зависит обычно от природы объединяемых сигналов.

Рисунок 14 - Объединение потоков по: а) - битам; б) - группам символов

 

Статистическое мультиплексирование

При использовании цифровых систем ВРК с синхронным режимом передачи в циклах часто обнаруживаются свободные временные интервалы, которые не содержат никакой информации (т. е. в любой заданный момент времени несколько каналов могут быть незанятыми). Например, системы с ВРК часто используются для соединения удаленных пунктов передачи данных или ПК с общим сервером. Однако большую часть времени никаких данных ни в какое направление не передается, даже если оконечное оборудование находится в работе. Это же верно и для систем передачи ИКМ с ВРК, передающих телефонные переговоры в цифровом виде. При обычном телефонном разговоре в каждый момент времени информация обычно передается только в одном направлении, причем с паузами, характерными для обычной человеческой речи. Таким образом, в каждом цикле ЦСП существует достаточно много незадействованного времени. Метод повышения эффективности ЦСП с синхронным режимом передачи называется статистическим мультиплексированием с ВРК. Статистическое временное мультиплексирование обычно не используется для организации стандартных телефонных каналов, но часто применяется для передачи данных. Такой режим передачи называют асинхронным режимом с ВРК, интеллектуальным ВРК или просто статистическим мультиплексированием.

На рисунке 15 сравниваются статистическое и синхронное мультиплексирование с ВРК. Рассматриваются четыре источника данных (А, В, С и D) и четыре временных или канальных интервала (ti, Ј2, Ј3 и ti). У синхронного мультиплексора на выходе поток данных в четыре раза превышает скорость передачи в каждом канале.

Рисунок 15 - Сравнение синхронного и статистического мультиплексирования с ВРК

 

В течение заданного канального интервала данные: собираются и передаются независимо от того, есть ли информация на входе. Как видно из рисунка, в течение времени t_i в каналах С и D данные не передаются. В результате в групповом сигнале ВРК в канальных интервалах С и D информация отсутствует. При статистическом мультиплексировании, напротив, пустые канальные интервалы не передаются.

Недостаток статистического мультиплексирования заключается в том, что длина передаваемого цикла изменяется, и значения размещенных в нем позиций теряются. Отсутствует способ заранее узнать, данные какого канала будут в данном временном интервале или сколько временных интервалов включено в каждый цикл. Поскольку данные поступают и распределяются непредсказуемым образом, для обеспечения правильной доставки сообщений необходима адресная информация. Поэтому при статистическом мультиплексировании требуется больше служебной информации в канальном интервале, так как каждый канальный интервал должен передавать и адрес и данные.

Формат цикла, используемый при статистическом мультиплексировании с ВРК, оказывает непосредственное воздействие на характеристики системы. Очевидно, что для увеличения пропускной способности передачи данных желательно минимизировать количество служебной информации. Обычно статистические системы с ВРК используют синхронный протокол HDLC. При статистическом мультиплексировании в цикл должны быть включены биты управления. Цикл включает метки начала и конца, обозначающие начало и конец цикла, адресное поле, идентифицирующее передающее устройство, контрольное (управляющее) поле, статистический подцикл ВРК и контрольную последовательность для обнаружения ошибок.

В среднем приемное оконечное оборудование во время поиска задерживается на позиции ложного синхронизма на два периода цикла, поэтому максимальное среднее время синхронизации равно:

Время синхронизации = 2NT = 2N²t_b,

где N - число бит в цикле;

Т - период (длительность) цикла, равная Nt^,

t_b - длительность бита, тактовый интервал.

Для системы передачи Tl 7 V = 193, Т = 125 мкс и t_b — 0,648 мкс. Поэтому должно быть проверено максимум 74498 бит, а максимальное среднее время цикловой синхронизации составляет 48,25 мс.

 

2.3 Синхронизация с заимствованным битом

 

При использовании короткого цикла применение дополнительного бита неэффективно. Такой случай представляют одноканальные системы ИКМ. Альтернативное решение заключается в использовании младшего значащего бита в каждом п-м цикле в качестве циклового бита. Этот процесс называется цикловой синхронизацией на заимствованных битах. Параметр п выбирается в результате компромисса между временем восстановления циклового синхронизма и снижением качества сигнала. При п = 10 отношение сигнал/шум квантования" ухудшается всего на 1 дБ. Синхронизация с заимствованным битом не прерывает передачу, а только периодически заменяет информационный бит с внесением ошибки для поддержания циклового синхронизма.

Дополнительный канал синхронизации. В сущности, дополнительный канал синхронизации — это то же, что и синхронизация по дополнительному биту, только в этом случае добавляется не бит, а группа или слово. Рассмотренная выше схема первичного мультиплексирования использует канал цикловой синхронизации. Один из 32 канальных временных ' интервалов в каждом цикле выделен для кода цикловой синхрогруппы.

 

2.4 Статистическая цикловая синхронизация

 

При статистической цикловой синхронизации нет необходимости отнимать или добавлять биты. В кодах Грея второй бит равен логической 1 в центральной половине диапазона кодовых комбинаций и 0 — на его краях. Поэтому сигнал, который имеет центральное распределение мгновенных значений, с высокой точностью и применением достаточного количества методов, может использоваться для повышения эффективности передачи. Адресное поле может быть сокращено с помощью приемов относительной адресации, когда каждый адрес определяет позицию текущего источника относительно предыдущего источника и общего списка источников. При относительной адресации 8-разрядное поле адреса может быть заменено на 4-разрядное.

Другой способ усовершенствования цикла представляет 2-разрядная метка в поле длины сообщения. Двоичные значения 01, 10 и 11 соответствуют полям данных в 1, 2 и 3 байта соответственно, а отсутствие передачи (нулевая длина поля) обозначается кодом 00.

 

2.5 Кодеки и кофидеки

 

Кодек представляет собой схему с высокой степенью интеграции (БИС), разработанную для использования в оборудовании электросвязи — офисных, учрежденческих и районных АТС, цифровых телефонах, устройствах перезаписи речи и цифровых эхоподавителях. В сущности, кодеки используются в различных цепях, где требуется преобразование аналоговых сигналов в цифровую форму, как, например, в системах передачи ИКМ с ВРК.

«Кодек» — это общий термин, которым обозначают функции кодирования, выполняемые устройством при преобразовании аналогового сигнала в цифровой код и наоборот, цифрового кода в аналоговый сигнал. Последние разработки кодеков называют кофидеками, потому что они объединяют функции кодека и фильтрации в одной микросхеме. Фильтры на входе и выходе выполняют следующие функции: ограничение полосы частот, подавление шумов, предохранение от наложения спектров и восстановление аналогового сигнала после декодирования. Кодек выполняет функции дискретизации аналогового сигнала, кодирования/декодирования (преобразование аналогового сигнала в цифровую форму и наоборот) и цифрового компандирования.

«Кофидек». Микросхема кофидека выполняет аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразования, а также фильтрацию на приеме и передаче, необходимые для стыка 4-проводных каналов (полный дуплекс) с высокосортными трактами ИКМ с ВРК. По существу, кофидек заменяет старую комбинацию из микросхем кодека и фильтра.

Режим с фиксированной скоростью передачи данных. В этом режиме ведущие такты на передаче и приеме (CLKX и CLKR) выполняют следующие функции:

-    обеспечивают работу встроенного фильтра на коммутируемых конденсаторах;

-    предоставляют такты для аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей;

-    определяют входную и выходную скорость передачи между кодеком и шиной ИКМ.

Таким образом, в режиме с фиксированной скоростью скорость на передаче и приеме должна быть 1,536 Мбит/сек, 1,544 Мбит/сек или 2,048Мбит/сек такой же, как у задающего генератора.

Цикл передачи сигнализации определяется установкой импульсов FSX и FSR удвоенной длительности по сравнению с их нормальной шириной. В течение периода сигнализации сигнал с входа SIGX подставляется на место младшего значащего разряда закодированного слова ИКМ. На приемной стороне бит сигнализации выделяется из слова ИКМ перед декодированием и выводится на контакт SIGR до тех пор, пока не будет принят следующий цикл сигнализации.

Асинхронная работа нужна в случае, если тактовые частоты передающей и приемной частей берутся от отдельных независимых источников. Кофидек может работать как в синхронном, так и асинхронном режимах, используя отдельные цифро-аналоговые преобразователи и опорные напряжения в направлениях передачи и приема. Это позволяет каналам передачи и приема работать независимо друг от друга. Как при синхронной, так и при асинхронной передаче задающий генератор, такты данных и строб канального интервала должны быть синхронизированы с началом каждого цикла. В режиме с переменной скоростью входы CLKX и DCLKX должны быть синхронизированы по циклу, но могут иметь разные частоты.

 

2.6 Синхронные цифровые телекоммуникационные сети

 

Технической основой построения транспортных сетей являются телекоммуникационные системы передачи синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy - SDH). Их внедрение на сетях связи началось в 80-е годы XX века. Принципиальным отличием систем SDH от ранее существовавших цифровых систем передачи считается то, что они не являются «производителями» информации, а предназначены только для высокоэффективной передачи и распределения цифровых потоков формируемых как в традиционных структурах стандартной плезиохронной цифровой иерархии (Plesio-chronous Digital Hierarchy - PDH), так и в новых телекоммуникационных технологиях - ATM, B-ISDN и т.д. Все указанные выше цифровые потоки «транспортируются» в системах SDH в виде информационных структур, названных виртуальными контейнерами (Virtual Container -VC). В структурах VC по транспортной сети переносится исходная цифровая информация, дополненная определенным количеством служебных информационных каналов, названных трактовыми заголовками (Path Overheard - РОН). В общем случае дополнительные каналы, предназначены для эффективного управления транспортной сетью и выполняют функции передачи оперативной, административной и обслуживающей информации (Operation, Administration, Maintenance, ОАМ). Это обеспечивает высокие функциональные возможности и высокую надежность сети связи.

Группы однотипных или разнотипных виртуальных контейнеров VC передаются между элементами транспортной сети (от отправителя информации к получателю) по линиям передачи в виде информационных структур, называемых синхронными транспортными модулями (Synchronous Transport Module - STM). «Транспортирование» STM осуществляется с разными скоростями передачи соответствующим различным порядком STM-1, 4, 16, 64. STM-N оснащаются соответствующими заголовками, обеспечивающими передачу STM с полной функцией ОАМ в пределах регенерационной секции (Regeneration Section ОН - RSOH) и мультиплексорной секции (Multiplex Section ОН - MSOH). Упрощенная функциональная схема системы передачи SDH, которая является основным структурным звеном транспортной сети, приведена на рисунке 16. На рисунке приведены два вида секций, которые называются «Регенерационная секция» и «Мультиплексорная секция».

«Регенерационная секция» представляет собой сегмент системы передачи между оконечным оборудованием сетевого элемента, в котором сигнал STM-N передается или принимается и регенератором, или между двумя смежными регенераторами.

«Мультиплексорная секция» - это средство передачи информации между двумя сетевыми элементами, в одном из которых формируется (собирается) сигнал STM-N, а в другом «разбирается» до компонентных потоков. В общем случае транспортная сеть SDH состоит из мультиплексорных секций, для которых уровень SDH-сигнала может быть разным в зависимости от требуемой емкости канала передачи для каждой секции.

«Тракт» - означает логическое соединение между точкой системы передач SDH, в которой производится «сборка» виртуального контейнера VC (например, из компонентных потоков PDH) и точкой, в которой VC «разбирается». Тракт можно представить себе как трубку, проложенную через мультиплексорные секции, непосредственно соединяющую две точки, между которыми осуществляется передача информации. Для «транспортировки» различных объемов цифровой информации разработаны виртуальные

контейнеры различного типа.

Виртуальный контейнер является элементарной единицей обрабатываемой информации в транспортной системе SDH при мультиплексных соединениях (кросс-коннекция). При этом нет необходимости доступа к «транспортируемой» информации, так как различная информация представлена в одном и том же виде, который именуется виртуальными контейнерами (в то же время к VC добавляется информация, необходимая для его обработки в пути следования).

Как указывалось выше, виртуальные контейнеры передаются между элементами транспортной сети в виде STM различного порядка. Основной (первичной) структурой для получения потоков STM является STM-1 с нормализованной скоростью передачи 155,52 Мбит/с. При этом, в зависимости от потребности сети, в цифровом потоке STM-1 возможна передача виртуальных контейнеров различного типа и в различных сочетаниях:

STM более высокого порядка могут быть получены из цифрового потока STM-1 простым синхронным мультиплексированием согласно рекомендации G.707 сектора телекоммуникаций Международного Союза электросвязи (МСЭ-Т) (рисунок 17).

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 17 – Получение STM более высокого порядка

 

Причем мультиплексирование, начиная с STM-4, осуществляется в оптическом диапазоне.

Информационные структуры STM-N передаются между элементами транспортной сети по линиям передачи, организованным по волоконно-оптическим кабелям связи, спутниковым линиям или по цифровым радиорелейным линиям (учитывая особенности мультиплексирования, по ЦРРЛ можно передавать в электрическом виде только цифровой поток STM-1).

Характерной особенностью транспортных систем передачи SDH, показанных на рисунке 16, является высокая степень резервирования как линейных трактов, так и основных узлов мультиплексорного оборудования. Так, линии передачи между элементами сети обычно полностью резервируются, что позволяет избежать потерь огромных потоков информации при авариях (например, даже в первичном потоке STM-1 может передаваться трафик 1920 каналов ТЧ в режиме «транспортирования» потока 140 М).

 

2.7 Модели синхронно-цифровых сетей

 

Принципы построения транспортных сетей определены сектором телекоммуникаций Международного Союза Электросвязи (МСЭ-Т) в серии рекомендаций [5, 6, 7]:

G.803 - транспортная сеть SDH;

G.805 - общая функциональная архитектура транспортных сетей;

I.326 - функциональная архитектура транспортной сети на основе ATM;

G.872 - оптическая транспортная сеть.

В этих рекомендациях предложено рассматривать транспортные сети в виде многоуровневых моделей (рисунок 18). Каждый уровень обычно представлен отдельной службой электросвязи, предоставляющей услуги другой службе, расположенной выше.

В структурах моделей определены функциональные уровни: физический, трактов и каналов.

Физический уровень. Данный уровень образован средой передачи сигналов (волоконно-оптической линией, медной линией, радиолинией) и секциями - участками, где происходит регенерация (ретрансляция) сигналов и мультиплексирование (объединение и разделение) различных сигналов. Благодаря наличию секции регенерации (ретрансляции) удается «очистить» сигнал от искажений и помех. Организация секций мультиплексирования позволяет эффективно использовать физическую среду за счет временного разделения передачи каналов. При этом можно реализовать резервирование любой секции мультиплексирования, если предусмотреть дополнительную физическую цепь, оборудование для передачи сигналов по ней и оборудование автоматического переключения.

Рисунок 18 - Модели синхронно-цифровых сетей

 

Физический уровень оптической транспортной сети имеет свою особенность, которая состоит в том, что все преобразования сигналов (усиление, ретрансляция, объединение и разделение, вывод и ввод) производятся исключительно оптическими средствами. Таким способом достигаются наивысшие скорости передачи информационных данных - от десятков гигабит до десятков терабит в секунду (Тбит/с). В физической среде, представляемой одномодовым стекловолокном, объединяются (мультиплексируются) множество оптических несущих частот (от 2х до 132 и более), каждая из которых модулирована информационным сигналом.

Уровень трактов. Тракты каждой транспортной сети создаются, чтобы обеспечить сквозное прохождение информационных сигналов. Их можно сравнить с маршрутами движения поездов на железной дороге (железнодорожные пути - это физическая среда, а крупные узловые станции подобно мультиплексорам объединяют и разделяют транспортные потоки). По маршрутам железных дорог могут следовать различные поезда и перевозить различные грузы. Аналогично в транспортной телекоммуникационной сети через физические цепи могут передаваться строго циклически цифровые потоки в виде двоичных импульсных последовательностей, сформированных из различных сигналов. Каждому сигналу отведены в циклах временные позиции. Эти позиции могут быть закреплены за соединениями - маршрутами в сети.

В сети SDH маршруты прописываются в заголовках циклически передаваемых данных под названием виртуальные контейнеры (VC-12, VC-3, VC-4). При этом виртуальные контейнеры VC-12 могут быть объединены в блоки данных и помещены в виртуальные контейнеры VC-3, VC-4, имеющие большую емкость, но отправляемые также циклически, как VC-12. Это совмещение данных VC-12 и VC-3, VC-4 можно сравнить с размещением железнодорожных контейнеров на специальных платформах, которые перемещаются по железной дороге от станции формирования состава до станции его расформирования. отсутствии физические ресурсы транспортной сети отдаются для передачи других сигналов. Сравните, на место ожидавшего пассажира в пассажирском вагоне поезда может быть посажен на любой станции пассажир, следующий своим маршрутом. По этой причине путь следования данных в сети ATM называют виртуальным. Он прописывается в специальных таблицах коммутатором ATM и ячейках, переносящих информационные сообщения. По данным таблиц считываются заголовки ячеек ATM для каждого участка сети, и происходит маршрутизация групповых информационных потоков.

Маршруты в оптической транспортной сети определяются номиналами несущих частот оптического диапазона. При этом частота может быть одной и той же или изменяться на разных участках сети, однако маршрут следования информационных данных сохраняется.

Уровень каналов. Для любой из рассмотренных моделей транспортных сетей этот уровень выполняет функции интерфейса со вторичными сетями (коммутаторами телефонных, широкополосных, компьютерных сетей и т.д.). Как правило, на уровне каналов создаются типовые электрические и оптические интерфейсы. Примеры этих каналов: Е1 для скорости передачи 2,048 Мбит/с; Е2 для скорости передачи 8,448 Мбит/с; ЕЗ для скорости передачи 34,368 Мбит/с; Е4 для скорости передачи 139,264 Мбит/с; STM-1 для скорости передачи 155,520 Мбит/с.

Транспортные сети, построенные в соответствии с различными моделями, совместимы между собой на уровнях каналов или трактов.

 

2.8 Элементы цифровой телекоммуникационной сети

 

В качестве элементов в цифровых телекоммуникационных сетях принято рассматривать следующие устройства: терминальные мультиплексоры; мультиплексоры вывода/ввода; кроссовые коммутаторы; регенераторы.

На рисунках 19-21 показаны фрагменты транспортной сети, приведенной на рисунке 16, с пояснением функций указанных элементов на примере передачи цифровых компонентных сигналов 2М в транспортном потоке STM-1.

Терминальный мультиплексор (Terminal Multiplexer - ТМ). Представляет собой оконечное устройство сети с определенным числом каналов доступа (электрических и оптических) и одним или двумя оптическими входами/выходами, называемыми агрегатными портами или интерфейсами. При использовании двух агрегатных портов возможна реализация защиты линейных сигналов от повреждений линии или аппаратуры.

В случае аварии происходит автоматическое переключение на резервную линию. Обычно эта линия образует секцию мультиплексирования.

Защита будет наиболее эффективной, если используется два отдельных кабеля, проложенных с пространственным разнесением.

Мультиплексор ввода/вывода (Add/Drop Multiple)

Предназначен для добавления и извлечения отдельных цифровых компонентных сигналов 2, 34, 140 Мбит/с или 155 Мбит/с.

Мультиплексор имеет два или четыре агрегатных порта, к которым подключаются волоконно-оптические линии связи, и ограниченное число портов компонентных сигналов.

В состав ADM входит коммутационный узел, создающий возможность вывода/ввода, транзита и автоматического резервирования поврежденных трактов и секций.

 

 

Рисунок 19 - Функции терминального мультиплексора Т

 

 

Рисунок 20. Функции мультиплексора ввода/вывода ADM

 

(Кроссконнектор) (xCross Connects - ХС). Это устройство предназначено для соединения каналов, закрепленных за пользователями, путем организации постоянных или полупостоянных (длительных) перекрестных соединений между ними (рисунок 21). Кроссовый коммутатор ХС обычно оснащается агрегатными и компонентными портами и обеспечивает коммутацию каналов различной пропускной способности (от 2 Мбит/с до 155 Мбит/с).

 

Рисунок 21. Функции кроссового коммутатора ХС

 

Регенератор (Regenerator) транспортной сети обеспечивает восстановление формы и длительности импульсных посылок.

Необходимо отметить, что рассмотренные элементы обеспечивают функционирование любой из моделей транспортных сетей. Подчеркнем здесь лишь особенности элементов оптической сети. Для ретрансляции сигналов в линии оптической сети используются оптические усилители. Выделение, ввод и кроссовую коммутацию сигналов выполняют оптические мультиплексоры без использования электронных преобразований сигналов, с волновым мультиплексированием (Wavelength Division Multiplexing - WDM).

Мультиплексоры WDM в настоящее время разделяют по числу каналов и шагу частотного плана на три типа [14]:

- обычные WDM;

- плотные WDM (DWDM);

- высокоплотные WDM - HDWDM (High Dense Wavelength Division Multiplexing).

При этом в соответствии с канальным или частотным планом принята следующая классификация систем WDM:

 

 

 

 

В этой классификации число каналов для каждого класса систем WDM достаточно условно, но частотный интервал между каналами имеет существенное значение. Для высокоплотных систем WDM (HDWDM) он может достигать в некоторых случаях и 25 ГГц. С практической точки зрения очень важно знать взаимосвязь допустимого частотного интервала Au_flOn, числа каналов Л, допустимого интервала по длине волны AA_flon для разных уровней каналов SDH с учетом допустимого частотного интервала между оптическими несущими.

Сравнение систем WDM различных производителей показывает, что практически все они имеют примерно сходные качественные характеристики и одинаковую конфигурацию, строятся по однотипной структурной схеме. Наблюдается общая тенденция наращивания числа каналов при одновременном повышении скорости передачи в каждом из них. Следует заметить, что возможности технологий WDM таковы, что весь сегодняшний мировой телефонный трафик можно передать по одной паре волокон.

Архитектура цифровых телекоммуникационных сетей

Телекоммуникационная сеть должна быть надежной и живучей. Термин «надежность» означает, что сеть должна безотказно работать на протяжении определенного промежутка времени. Термин «живучесть сети» говорит о том, что абонент сети не получает отказа в услугах связи, даже если сеть повреждена на отдельных участках.

К числу основных архитектур (конфигураций) транспортных сетей относятся: линейная сеть, а также двух- и четырехволоконные кольца.

Линейные сети обычно содержат два приемопередающих оконечных устройства, например мультиплексоры SDH, мультиплексоры ввода/вывода ADM и регенераторы. Пример конфигурации линейной сети приведен на рисунке 22.

В приведенном примере реализован принцип защиты линейной сети в режиме 1 + 1, т.е. для одной рабочей секции мультиплексирования создается одна резервная, что обозначает полное гарантированное резервирование всего трафика между терминалами.

 

 

Рисунок 22 - Линейная архитектура транспортной сети с резервированием секций мультиплексирования

 

Кольцевые сети получили широкое распространение у местных и региональных операторов благодаря их особым свойствам «живучести» и относительно невысокой стоимости (рисунки 23-25).

Повреждения линий и отказы аппаратуры в таких сетях могут быть заблокированы и обойдены без существенных потерь для информационных сигналов. Несколько мультиплексоров ввода-вывода можно подключать к одному оптоволоконному кольцу через их главные интерфейсы. Такая организация транспортной сети удобна для городских телефонных сетей (рисунок 26). Четыре телефонные станции подключены посредством мультиплексоров ввода-вывода (ADM) к синхронному транспортному кольцу. Внутри кольца организована транспортировка модулей STM-4 со скоростью передачи цифрового потока 622 Мбит/с.

Цифровые телефонные станции подключаются к мультиплексорам непосредственно, а аналоговые телефонные станции (координатные АТСК, АТСКУ) - через устройства сопряжения (MD), переводящие аналоговый сигнал в цифровой и согласовывающие сигналы управления станциями.

 

 

Рисунок 23 - Однонаправленное кольцо с защитой отдельного тракта

 

Рисунок 24 - Двунаправленное кольцо с защитой секции мультиплексирования

 

 

Рисунок 25 - Защитное переключение в кольцевой сети

 

Рисунок 26 - Транспортная сеть городской телефонной сети

 

В качестве примера на рисунке 26 указаны типы оборудования (мультиплексорного и сопряжения), производимого компанией «Huawei Technologies Co., Ltd».

 

2.9 Синхронизация цифровой телекоммуникационной сети

 

Необходимость синхронизации цифровой сети обусловлена жесткими нормами на ошибки при передаче информации. Частота повторяемости ошибок зависит от степени синхронизма транспортной сети и взаимодействующих с ней вторичных сетей.

Все сетевые элементы (Network Element - NE) в транспортной сети SDH работают с использованием одной тактовой частоты, источник этого сигнала называется первичным опорным тактовым сигналов (Primary Reference Source - PRS) или первичным эталонным генератором (ПЭГ).

Характеристики первичного опорного тактового сигнала определяются рекомендацией G.811 ITU-T. Погрешность его частоты и стабильность должны быть порядка ±10~¹¹; эти характеристики реализуются с помощью цезиевого генератора.

Распределение тактирующих сигналов производится с использованием обычных линий передачи, в данном случае, это линии передачи SDH. Промежуточные сетевые элементы, такие, как регенераторы, мультиплексоры ввода-выделения и т.п., работают в ведомом режиме, используя компоненту тактового сигнала, извлекаемую из принимаемого сигнала STM-N.

Ухудшение качества тактового сигнала, такое, как джиттер, накапливающийся за время передачи через цепочку сетевых элементов и линий, уменьшается благодаря высокому качеству ведомого тактирующего оборудования (Secondary Reference Source - SRS) или ведомых задающих генераторов (ВЗГ), характеристики которых приведены в рекомендации G.812 для транзитного и локального NE. ВЗГ представляет собой дополнительно стабилизированный кварцевый генератор с собственной долговременной (в сутки) точностью поддержания частоты не хуже 1СГ⁸ и более высокой кратковременной стабильностью (до 10^-11 в интервале секунды). Поэтому ВЗГ устраняют фазовые дрожания синхронизирующей их тактовой частоты. Архитектура сети синхронизации в регионе синхронизации должна иметь древовидную структуру без замкнутых колец, для исключения неоднозначного режима работы (рисунке 27).

 

Рисунок 27 - Архитектура сети синхронизации

 

Сетевой элемент SDH имеет возможность выводить сигнал тактирования к устройству BITS (Building Integrated timing Supply), который уменьшает искажения тактового сигнала. Промежуточные сетевые элементы непосредственно используют тактовый сигнал, извлекаемый при помощи BITS.

Тактовые сигналы необходимые для работы сетевого элемента, вырабатываются цепями тактирования, которые работают, главным образом, в ведомом режиме.

 

2.10 Мультиплексирование с разделением по длине волны

 

В течение двух последних десятилетий XX века телекоммуникационная индустрия стала свидетелем беспрецедентного роста трафика данных и компьютерных сетей.

Возможность использования мультиплексирования с разделением по длинам волн (WDM) в качестве сетевого инструмента маршрутизации, переключения и выделения открыла новую эру в оптической связи. WDM - Wavelength-Division Multiplexing.

Метод WDM обещает стремительное увеличение пропускной способности волоконно-оптической передающей среды. Системы WDM позволяют вести передачу множества цифровых сигналов на разных длинах волн, не оказывающих мешающего воздействия друг на друга. Прежние, одноволновые цифровые системы передают по оптическому волокну в заданном направлении только один цифровой сигнал. Метод волнового разделения позволяет использовать одновременную передачу по одному волокну большого числа оптических сигналов.

WDM иногда называют просто волновым мультиплексированием. Так как длина волны и частота связаны между собой, то метод WDM подобен методу частотного разделения каналов (ЧРК). Основная идея метода заключается в одновременной передаче сигналов, имеющих одинаковые исходные полосы частот, по одному волокну без взаимных влияний между сигналами². Это реализуется модуляцией инжекционных лазерных диодов, которые излучают концентрированное излучение с различными длинами волн (т.е. различными частотами). Таким образом, система WDM обеспечивает ввод в волокно и вывод из него двух или более дискретных значений длин волн. Каждая волна может переносить огромное количество информации в аналоговой или цифровой форме, которая перед этим уже может быть мультиплексирована во времени или по частоте. Хотя информация, модулирующая лазеры, почти всегда представляет собой цифровые сигналы с ВРК, разделение длин волн, используемое при WDM, аналогично

Следует отметить, что сигналы должны быть разделены в частотном диапазоне на неперекрывающиеся полосы частот.

Сравнение WDM и ЧРК

По существу, основной принцип WDM такой же, как и принцип ЧРК: несколько сигналов передаются на различных несущих и занимают неперекрывающиеся полосы частот или длин волн. В случае WDM используются длины волн 1300 или 1500 нм, которые находятся в полосах частот с небольшим затуханием (окнах прозрачности). Ранее в каждом окне прозрачности передавался один цифровой сигнал. С развитием элементов оптического оборудования стало возможным передавать в каждом окне несколько оптических сигналов, каждый из которых занимает только узкую полоску общей полосы пропускания окна. Число оптических сигналов, вводимых в каждое окно, ограничено только точностью используемых компонентов.

Современные технологии позволяют организовать в одном волокне более 100 оптических каналов. Хотя системы ЧРК и WDM используют одинаковые принципы, это не одно и то же. Наиболее очевидная разница заключается в том, что частоты оптического диапазона выражаются в ТГц, что значительно выше частот радиодиапазона (в МГц и ГГц). Вероятно, наиболее значительная разница заключается в способе распространения сигнала в соответствующих передающих средах. Сигналы ЧРК распространяются одновременно через одну передающую среду и следуют по одному тракту. Основной принцип WDM, однако, имеет некоторые отличия. Волны импульса света с различными длинами распространяются по оптическому волокну с разной скоростью.

В стандартных оптических волокнах при распространении света в волокне волновая дисперсия вызывает рассеивание энергии волны в течение некоторого интервала времени. Поэтому волновая дисперсия стандартных оптических волокон сильно ограничивает характеристики системы. Таким образом, волновая дисперсия, в сущности, определяет работу системы.

В системах WDM информационные сигналы нескольких источников модулируют лазеры, работающие на различных длинах волн. Затем сигналы одновременно вводятся в волокно и распространяются в одной передающей среде (волокне), но по разным траекториям. Так как волны распространяются по различным траекториям, они приходят на приемный конец не одновременно. В итоге возникают серии радужных образований из различных цветов (длин волн), каждая длительностью около 20-миллиардной доли секунды, одновременно распространяющиеся в волокне.

Длина волны и частота электромагнитного колебания представляют два параметра, однозначно связанных между собой. Многолучевое распространение имеет место в радиосистемах, частотная зависимость времени распространения имеет место в радио и проводных аналоговых системах с ЧРК. Различия есть, но только в технологиях, реализующих эти принципы: для прежних систем с ЧРК это микроэлектроника, для новейших систем WDM — квантовая электроника. Но принцип и основные функции по определению тождественны — это возможность разделять сигналы на приеме, используя только их частотные свойства. При ЧРК сигналы различных каналов распространяются в передающей среде одновременно и проходят равный путь, но занимают различные полосы частот. При WDM сигналы распространяются в среде передачи одновременно, но их каналы расположены на разных длинах волн, и каждая волна проходит разный путь.

Плотное оптическое мультиплексирование, длина волны и волновые каналы. Обычно WDM реализуют в диапазоне длин волн 1550 нм последовательностью частот, размещенных с интервалом, кратным 100 ГГц (т.е. 100 ГГц, 200 ГГц, 300 ГГц и т.д.). На длине волны 1550 нм разносу частот на 100 ГГц соответствует разница в длине волны примерно 0,8 нм. Например, три соседние длины волн, разделенные интервалами по 100 ГГц, имеют значения 1550,0 нм, 1549,2 нм и 1548,4 нм. При использовании метода, называемого плотным оптическим мультиплексированием (DWDM), расстояния между соседними частотами существенно меньше. К сожалению, отсутствует стандарт, точно определяющий, что такое DWDM. Обычно оптические системы, передающие сигналы, разнесенные более чем на 200 ГГц или 1,6 нм в окрестности 1550 нм, считаются стандартными системами WDM. Системы, передающие сигналы, разнесенные менее чем на 200 ГГц в окрестности 1550 нм, рассматриваются как стандартные системы высокой плотности DWDM. Очевидно, что, чем больше длин волн используется системой WDM, тем ближе они друг к другу и тем плотнее спектр длин волн.

Волны света включают множество частот (длин волн), и каждой частоте соответствует разный цвет. Передатчик и приемник волоконно-оптической системы выполнены таким образом, что передают и принимают только один определенный цвет (т.е. только определенную длину волны в фиксированной полосе частот). При WDM информация (каналы) различных источников передается, на различных частотах по одному оптическому волокну без взаимных влияний.

По существу, каждая длина волны добавляет оптическую «полосу» к высокоскоростной магистрали, а чем больше полос, тем больший трафик (речь, данные, видео и т.д.) может быть передан по одному волокну. Обычные оптические системы передачи, наоборот, имеют только один оптический канал в волокне, который используется для передачи информации в относительно узкой полосе.

Недавно ученые Bell Telephone Laboratories сконструировали передатчик DWDM на одном фемтосекундном лазере с легированным эрбием волокном, который одновременно излучает 206 модулированных цифрой длин волн для передачи по одному оптическому волокну. Каждый канал (длина волны) рассчитан на скорость передачи 36,7 Мбит/сек при межканальном интервале примерно 36 ГГц.

Оптическое мультиплексирование WDM расширяет возможности оптического волокна, добавляя каналы в уже существующие кабели.

 

Рисунок 28 - Источник тактирования в узлах: основной ------ резервный - - - -

 

В каждом сетевом элементе устанавливаются приоритеты для доступных опорных источников тактирования, процедура выбора опорного источника из нескольких кандидатов использует эти приоритеты и уровень качества источников.

Таким образом, сеть синхронизации представляет собой совокупность ПЭГ, ВЗГ и генераторов мультиплексоров и регенераторов, средств автоматического резервирования, управления и самих синхросигналов.

 

2.11 Помехоустойчивое кодирование

 

Передачу информации на расстояние люди осуществляли с глубокой древности. Естественно, что, зажигая цепочки сигнальных костров, посылая вдаль звуки барабана, сигнализируя дымом, нужно было одновременно проявлять заботу и о том, чтобы помехи не сорвали передачу: дождь не залил костры, ветер не отнес звуки в противоположную сторону, туман не скрыл дым.

Со временем люди стали нуждаться в более совершенных формах обмена информацией. Появилась письменность. Она совершенствовалась в течение многих поколений, и на всем этом долгом пути прослеживалось противоборство двух тенденций.

Первая из них отражала стремление к более краткой передаче информации (с помощью небольшого количества знаков) и привела, в конечном счете, к иероглифическому письму. Каждый иероглиф обладает большой информативностью, запись с их помощью занимает небольшое пространство. Но вместе с тем, небольшая ошибка в начертании иероглифа приводит к тому, что информация воспринимается неверно. Так, увеличение информативности знаков повышает вероятность ошибочного их понимания.

Вторая тенденция в развитии письменности заключалась в стремлении к безошибочной передаче содержания текста. Результатом явилось создание буквенного, или алфавитного, письма. Эта система письма позволяет в большинстве случаев правильно понять текст, даже если в нем пропущено или искажено несколько букв.

Такое свойство алфавитного письма называют «избыточностью». Конечно, избыточность удлиняет запись (некоторые буквы можно было бы выкинуть из нее без ущерба для содержания), но зато она уменьшает вероятность ошибочного понимания текста при его искажении.

В некоторых языках (как древних, так и сохранившихся поныне) для записи слов используются только согласные буквы. Считается, что необходимые гласные звуки добавит при чтении сам читающий. Ясно, что подобное устранение избыточности из языка делает его более уязвимым перед искажениями.

Все, что мы говорили о письменности, относится и к другим видам информации. Чем больше ее избыточность, тем более помехоустойчивой она является. А нельзя ли искусственно ввести избыточность в цифровую информацию, представленную двоичными цифрами 0 и 1? Можно, но за это придется «платить». Поясним, в чем тут дело.

Например, в коде Бодо каждая буква заменяется 5-разрядным двоичным кодом, т.е. пятью битами 0 и 1. Данный код не является избыточным, так как искажение любого бита приводит к декодированию вместо переданной другой буквы, т.е. к ошибке. Сделать код избыточным можно одним путем: добавить дополнительные биты к уже имеющимся. Но это приведет к тому, что каждая буква будет теперь передаваться медленнее.

Так, введение в информацию избыточности влечет за собой снижение скорости ее передачи. Вот об этой «плате» и шла речь выше. Тем не менее разработчики цифровых систем передачи часто вполне сознательно идут на такой шаг - делают информацию «избыточной» с тем, чтобы обнаружить ошибки в принятых комбинациях двоичных символов, а если возможно, то и исправить их.

На приемной станции цифровой системы передачи можно подсчитать число ошибочных решений, принятых регенератором, не зная даже, какой конкретный бит принят неверно. Покажем на примере кода Бодо, как это делается. Предположим, что передаются две комбинации цифр: 10101 и 01100. В них все биты являются «нужными», из быточности в этой информации нет.

Введем ее искусственно: к информационным битам добавим шестой - контрольный, но сделаем это так, чтобы сумма единиц в передаваемой комбинации была четной. Для первой комбинации цифр контрольный бит нужно выбрать равным 1, а для второй - 0. Итак, в линию поступают уже не 5-, а 6-разрядные группы битов: 10101,1 и 01100,0 (запятую мы ввели условно, чтобы чисто зрительно отделить контрольный бит от информационных).

Если теперь помеха исказит сигнал и какой-то бит будет принят неверно, т.е. вместо 1 регенератор выдаст 0 или, наоборот, вместо 0 будет зарегистрирована 1, то независимо от разряда кодовой комбинации, в котором это произошло, сумма единиц уже будет четной. Таким образом, наличие ошибки будет зафиксировано. Действительно, легко обнаруживается, что комбинация вида 00101,1 не могла быть передана, поскольку сумма единиц в ней нечетная. Точно также ошибочными являются комбинации: 10101,0 и 01101,0.

А кто подсчитает сумму единиц в принятой комбинации двоичных цифр? Одно из правил двоичной арифметики - суммирование «по модулю 2». Вот эти действия:

0Ф0 = 0, 100 = 1,0®1 = 1,1©1=0.

Знак «плюс в кружочке» отличает их от обычного двоичного суммирования. Существует и микросхема, которая выполняет указанные действия. О ней мы тоже говорили - это сумматор «по модулю 2». Просуммировать все цифры в кодовой комбинации очень просто: очередная цифра, поступающая на такой сумматор, складывается с результатом предыдущего суммирования.

Если число единиц в этом наборе цифр нечетное, то в результате суммирования на выходе микросхемы появится 1(0Ф0Ф1Ф0 Ф 1 Ф 1 = 1), при четном числе единиц - 0 (1 Ф 0 © 1 Ф 0 Ф 1 Ф 1 = 0). Вряд ли стоит пояснять, что наличие на выходной ножке единичного импульса - признак ошибочного решения, принятого регенератором. Остается только подсчитать (с помощью другой микросхемы - двоичного счетчика), сколько раз появлялась единица за все время передачи, - и вероятность ошибки определена.

Разумеется, введение в информацию столь малой избыточности не позволяет обнаружить все ошибки, например замену двух 0 одновременно двумя 1 и т.п., при которых свойство четности не нарушается. Для этих целей нужны коды с большей избыточностью. Речь пойдет о так называемом коде Хэмминга, в котором после каждых четырех информационных битов в линию посылаются три контрольных. Как получаются контрольные биты? Пронумеруем подряд от 1 до 7 все разряды (как информационные, так и контрольные) образовавшегося кодового слова. Информационные биты будут иметь при этом номера с 1-го по 4-й, а контрольные - с 5-го по 7-й. Правило получения контрольных битов дано в таблице 2.

Пусть нам надлежит передать двоичную последовательность 10110010. Попробуем защитить ее от действия помех, используя код Хэмминга.

 

Таблица 2 - Правило формирования контрольных битов

Номер контрольного бита	Номера битов, которые нужно сложить «по модулю 2»
5	2	3	4
6	1	3	4
7	1	2	4

 

После первой четверки информационных битов 1011 необходимо вставить контрольные. Пятый передаваемый в линию бит, получаем, суммируя в соответствии с табл. 5.1 2-й, 3-й и 4-й биты:

 0©1Ф1=0.

Таким образом, это будет 0. Шестой бит складывается из суммы 1-го, 3-го и 4-го: 1 © 1 © 1 = 1. Аналогичным путем найдем значение 7-го бита: 1 © О Ф 1 = 0. Итак, после символов 1011 передаются символы 010. Точно так же после второй четверки информационных битов 0010 следуют контрольные биты 110. Теперь запишем передаваемые последовательности все вместе: 1011, 010, 0010, 110. Здесь, как и ранее, запятая введена лишь для удобства зрительного восприятия.

Возникают следующие вопросы: как теперь узнать, произошла ли при передаче кодовой комбинации по линии ошибка или нет? Если произошла, то в каком разряде? Как эту ошибку исправить?

А если ошибочно принят не информационный, а один из контрольных битов? Нетрудно убедиться, что обнаружена будет и эта ошибка. В самом деле, для принятой комбинации 1011,000 (ошибка в шестом разряде) двоичное число составит 110, что соответствует десятичному числу 6.

До сих пор речь шла о двоичном кодировании, т.е. о представлении цифровой информации числами двоичной системы счисления. Но можно применять системы счисления и с другими основаниями. Например, в ИКМ-аппаратуре успешно «работает» троичная система счисления, в которой используются три цифры: -1, 0 и +1. Цифре +1 соответствует импульс положительной полярности, 0, как и ранее, -отсутствие импульса и, наконец, -1 представляется импульсом отрицательной полярности. Поскольку цифровой поток первоначально состоял из чередования двоичных символов 0 и 1, то осуществляется переход от двоичной системы счисления к троичной. В зависимости от правила перехода получаются различные коды.

Первый троичный код был изобретен в 1952 г. инженерами американской компании «Bell». Преобразование двоичных чисел в троичные происходило в нем по довольно простому алгоритму: нули оставались без изменения, а единицы изменялись поочередно то на +1, то на -1. Например, цифровая двоичная последовательность 1100111001 приобретала после преобразования вид: +1 -100 +1 -1 +100 -1. Заметьте, данный алгоритм не удовлетворяет правилам перехода из двоичной системы счисления в троичную. Поэтому такой код называют квазитроичным (квази означает как бы, почти). У него есть еще одно название - код с чередованием полярности импульсов (ЧПИ).

Достоинством кода оказалось то, что наличие в нем избыточности, заложенной не в добавочных символах, как это наблюдалось в двоичных кодах, а в большем основании кода, не требует снижения скорости передачи цифрового потока: какой она была, такой и осталась. В то же время структура кода позволяет обнаруживать ошибки и подсчитывать их вероятность. Действительно, допустим, в троичной последовательности, приведенной выше, был неверно принят четвертый символ: вместо 0 восстановлена 1.

Таким образом, на выходе регенератора имеется последовательность +1 -10 +1 +1 -1 +100 -1. Вы обратили внимание, что нарушилось правило чередования полярностей импульсов? Ведь в соответствии с принятым алгоритмом формирования кода в нем не могут следовать подряд два импульса одной полярности. Значит, для определения вероятности ошибок на приемной станции следует подсчитать количество нарушений за время передачи чередования полярностей.

Этот простейший троичный код, изобретенный почти 40 лет назад, и по сей день является наиболее распространенным в ИКМ-системах передачи. В регенераторах таких систем добавляется еще один компаратор, который принимает решение о наличии или отсутствии отрицательного импульса, сравнивая его с отрицательным порогом. Впрочем, можно без «переделки» использовать и регенераторы двоичных сигналов, поскольку троичный код очень легко превратить в двоичный с помощью обычного выпрямителя. В подобном выпрямителе отрицательные импульсы «переворачиваются» и становятся положительными.

Добавим, что описанное преобразование двоичных цифр в троичные не является единственным. В таблице 3 показано, как 4-разрядные слова двоичного алфавита (т.е. алфавита, состоящего всего из двух символов 0 и 1) можно закодировать 3-разрядными словами на основе алфавита с тремя символами -1, 0 и +1. Заметьте, что теперь вместо каждых четырех импульсов нужно передавать в линию только три. Появляется возможность на месте каждого четвертого импульса цифрового потока передать дополнительные символы, т.е. увеличить объем передаваемой информации.

 

Таблица 3 - Кодирование сигналов троичным кодом

 

Мы ограничились рассмотрением лишь простейших кодов, обнаруживающих и исправляющих ошибки. Существует множество более сложных кодов, которые могут исправлять в принятой комбинации цифр не одну, а сразу несколько ошибок.

 

2.12 Методы асинхронной передачи

 

Формирование МАП-ячеек. В последнее десятилетие к передаче информации стали предъявляться более широкие требования. Одному и тому же абоненту могут быть переданы различные по характеру сообщения: движущиеся изображения (видеотелефон, видеоконференция); компьютерные данные (файлы); электронная почта; информация из системы дистанционного обучения (в том числе, мультимедийная); фильмы по кабельному телевидению и др. Причем источники этой информации являются, как правило, асинхронными. Информация от одних источников может поступать непрерывно, от других -время от времени. Скорость поступления информации от различных источников различная. Так, речевой поток поступает со скоростью 64 кбит/с, а передача движущегося изображения требует скорости от 1,5 до 100 Мбит/с.

Для согласования всех этих различных требований в 1980-1990-х годах была предложена новая технология передачи, получившая название моды асинхронной передачи (Asynchronous Transfer Mode -ATM). Эта технология (МАП в русской транскрипции или ATM в английской) предполагает запись любого вида информации в ячейки (Cells) фиксированной длины. Ячейки содержат полезную информацию и заголовок (Header). Для заголовка отводится 5 байт, для полезной информации - 48 байт.

Цифровая информация от источников сообщений заполняет ячейки. Поскольку ячейки имеют фиксированную длину, то нет необходимости отделять их друг от друга (т.е. определять их начало и конец) с помощью служебной информации. Если у источника отсутствует потребность в передаче информации, то передаются пустые ячейки. Небольшие объемы информации, появляющиеся через большие временные интервалы, могут быть собраны для наполнения ячеек либо могут передаваться в отдельных ячейках.

В последнем случае в полупустые ячейки добавляется «наполнитель». Ячейки формируются источниками по мере потребности. В случае непрерывной передачи (речь, видеоконференция и т.п.) ячейки следуют через строго определенное время.

Потоки ячеек от различных источников могут быть объединены с помощью временного мультиплексирования (рисунок 29).

Рисунок 29 - Мультиплексирование асинхронных потоков

 

Передача МАП-ячеек. Для того, чтобы знать, куда направляется МАП-ячейка, в ее заголовке отводится 2 байта под идентификацию виртуального канала (Virtual Channel Identifier - VCI). Виртуальный канал - это фиксированный маршрут движения всех ячеек во время сеанса связи от одного пользователя к другому. Он состоит из последовательности портов коммутаторов, через которые эти ячейки проходят.

Преимуществом МАП-ячеек является то, что их очень легко обрабатывать при прохождении через коммутатор. Прочитав идентификатор канала в заголовке ячейки, коммутатор переправляет ее из одного порта в другой, совершенно не задумываясь о находящейся в ячейке информации.

Коммутатор может переключать целые группы виртуальных каналов, не тратя времени на анализ информации по каждому каналу в отдельности. Для этого несколько виртуальных каналов, проходящих по одному и тому же направлению на каком-либо участке сети связи, объединяют в виртуальный путь. Идентификатор виртуального пути (Virtual Path Identifier - VPI) занимает 12 битовых позиций и располагается, естественно, до идентификатора виртуального канала. VCI и VPI образуют уникальный индивидуальный адрес маршрута на каждом отдельном участке сети. Изменение идентификаторов может происходить в каждом промежуточном коммутаторе. Назначение маршрута передачи ячеек может быть осуществлено оператором сети или сигнальной системой.

Технология МАП хорошо согласуется с технологией SDH: МАП-ячейки могут быть помещены в синхронный транспортный модуль STM-1. Для этого они сначала «упаковываются» в виртуальный контейнер VC-4, а в заголовке (РОН) этого контейнера отмечается начало записи МАП-ячеек (рисунок 30). Затем контейнер, как обычно, помещается в модуль STM-1

 

Рисунок 30 - Размещение МАП-ячеек в модуле STM-1

 

2.13 Оптическая сеть абонентского доступа с интеграцией услуг HONET

 

В настоящее время все большее признание получает подход, при котором сеть связи делится на транспортную сеть и сеть доступа.

Транспортная сеть связи включает междугородную и внутризоновые сети связи. Сеть доступа предоставляется местными сетями. Транспортная сеть связи предназначена для того, чтобы обеспечить передачу потоков информации между двумя узловыми пунктами сети.

Сеть доступа предназначена для подключения разнообразных абонентских терминалов к транспортной сети. Сеть доступа состоит из абонентских линий, оконечных коммутационных станций, а также каналов, соединяющих местные станции между собой и с узлами транспортной сети.

До недавнего времени сети абонентского доступа были тем «узким местом», которое сдерживало предоставление новых широкополосных услуг абонентам. Сегодня эволюция сетей доступа идет по двум основным направлениям:

-        развитие широкополосного (высокоскоростного) доступа, обеспечивающего службы передачи речи, данных и видео;

-        уменьшение доли медного кабеля при организации местных сетей.

К основным системам доступа, применяемым в настоящее время и планируемым операторами к применению в ближайшее время, относятся:

-     системы, основанные на технологиях семейства xDSL (Digital Subscriber Line - цифровая абонентская линия);

-     системы доступа с использованием специальных модемов в сетях кабельного телевидения (кабельных модемов);

-     гибридные оптоволоконно-коаксиальные системы (Hybrid Fiber Coaxial - HFC);

-     оптоволоконные системы доступа;

-     системы радиодоступа;

-     спутниковые системы;

-     выделенные линии Е1.

Построение сетей доступа и выбор оборудования для этих сетей является одной из главных проблем для оператора, желающего не только удержать своих абонентов, но и привлечь новых.

Поставляемое производителем оборудование должно обеспечивать доступ как к традиционным, так и к широкополосным услугам, характеризоваться низкими капиталовложениями и высокой надежностью.

В качестве примера одного из удачных технических решений этой задачи можно назвать оборудование Honet компании Huawei Technologies для организации сети доступа на основе оптического волокна.

В сети абонентского доступа HONET используются такие преимущества доступа по оптике, как широкая полоса пропускания, высокая надежность, широкая зона покрытия, гибкое построение сети и пр. Абонентам сети доступа HONET доступно все разнообразие узко- и широкополосных услуг (рисунок 31).

Это позволяет операторам гибко подключать пользователей к различным узлам услуг, легко и быстро обеспечивать доступ для новых абонентов. Абонентам становятся доступны все услуги сетей PSTN, DDN, PSPDN, корпоративных сетей, Интернет, сетей кабельного телевидения и т.д.

HONET обеспечивает:

- интеграцию узкополосных и широкополосных услуг на одной платформе;

- интеграцию активного (AON) и пассивного (PON) режимов оптического доступа;

- конвергенцию услуг на стороне сети для соединения с узлами услуг различных сетей, такими как коммутационная станция СТОП, узел сети передачи данных, узел пакетной сети ATM/IP, сети мультимедийных услуг CATV, VOD и др.;

- организацию абонентского доступа по технологиям FTTB, FTTC, FTTV и FTTO.

 

Рисунок 31 - Оптическая сеть доступа с интеграцией услуг Honet

 

HONET предоставляет разнообразные абонентские интерфейсы, в том числе интерфейсы аналоговой абонентской линии, цифровой абонентской линии ISDN BRI (2B + D), PRI, интерфейсы Л/х64 кбит/с (1 б Л/ б 31) и субскорости передачи данных, выделенной линии Е1, 2/4-проводной выделенной линии тональной частоты, широкополосные интерфейсы ADSL, LAN, CES, FR и т.д.; функции техобслуживания, тестирования и управления оборудованием сети доступа.

Основные услуги HONET:

-         Основные и дополнительные услуги сети СТОП, включая CID, Centrex, биллинг таксофонных аппаратов не накладываются никакие ограничения на доступ к ДВО.

-         ISDN BRI и PRI.

-         Различные интерфейсы сетей передачи данных (DDN): Л/х64 кбит/с (16 Л/ б 31), субскорость: 2,4 кбит/с, 4,8 кбит/с, 9,6 кбит/с, 19,2 кбит/с, 48 кбит/с и т.д. Услуги передачи изображения.

-         Компьютерное видео (128 кбит/с и 384 кбит/с).

-         Видеоконференцсвязь.

-         Услуги выделенных линий: 2/4-проводная выделенная линия тональной частоты, выделенная линия Е1.

-         Широкополосные услуги: ADSL, LAN, VOD, высокоскоростной доступ к сети Интернет и т.д.

Архитектура

Платформа HONET состоит из следующих частей:

-   терминал оптических линий OLT (Optical Line Terminal);

-   модуль оптической сети ONU (Optical Network Unit);

-   система передачи (SDH/PON/APON);

-   система управления AN-NMS (Access Network - Network Management System).

Оборудование поддерживает как узкополосные, так и широкополосные услуги. Широкополосный блок OLT соединяется с СТОП/ISDN по интерфейсу V5, а с магистральной сетью ATM/ IP - по интерфейсам STM-1/STM-4/FE/GE/POS. Удаленный абонентский блок МА поддерживает узкополосные и широкополосные интерфейсы, такие как POTS, ISDN, выделенная линия передачи данных, ADSL, Ethernet, CES, FR и др.

OLT. Терминал оптических линий является пунктом конвергенции речевых услуг, услуг передачи данных и изображений, и предоставляет сетевые интерфейсы для соединения с различными узлами услуг. OLT, как модульно структурированный блок, состоит из модулей интерфейсов услуг. Емкость OLT может плавно увеличиваться путем добавления модулей, таким образом, OLT является гибким в конфигурировании и расширении.

OLT состоит из блока CATV, блока интерфейса услуг и обработки протокола (SIPP), интегрированного блока широкополосных услуг (iSIPP), блока оптической передачи (SDH/PON/ APON) и вспомогательного модуля управления (Background Administrative Module -ВАМ), как показано на рисунке 32.

Рисунок 32 - Структура OLT

 

Основными функциями модуля SIPP является обработка и обеспечение стандартного интерфейса V5 между сетью доступа и АТС. Один модуль SIPP может поддерживать максимум 62 Е1 и 32 стандартных интерфейса V5.2. OLT поддерживает внешний синхросигнал фазовой синхронизации 2 Мбит/с или синхросигнал стандартной синхронизации (2-й и 3-й уровни класса А) или BITS (встроенный интегрированный источник синхронизации). Он обеспечивает интерфейсами источник внутренней синхронизации и источник внешней синхронизации 2048 кГц или 2048 кбит/с.

Блок iSIPP разработан для поддержки широкополосных услуг и обеспечивает широкополосные интерфейсы ATM 155 Мбит/с, ATM 622 Мбит/с, FE, GE, POS.

Модуль передачи обеспечивает стандартный оптический интерфейс передачи и поддерживает различные топологии построения сети, например, дерево, кольцо, звезда.

Он выполняет мультиплексирование, демультиплексирование и оптико-электрическое преобразование сигналов. Система оптической передачи, которая входит в состав сети доступа HONET, включает компактное оборудование OptiX 155/622Н и встроенную систему пассивной оптической передачи PON или APON, разработанные компанией Huawei.

ВАМ обеспечивает интерфейсы системы управления, включая интерфейс централизованного управления сетью, интерфейс Q3 и т.д.

ONU. Модуль оптической сети (ONU) — это абонентское оборудование сети доступа, которое обеспечивает технологии FTTx, т.е. доведение оптического кабеля до здания (FTTB), до края дороги (FTTC), до села (FTTV), до офиса (FTTO) и до определенной зоны (FTTZ), что обеспечивает абонентов интегрированными услугами передачи речи и изображения.

ONU включает в себя блок абонентских интерфейсов, блок муль-тисервисного доступа (МА), блок оптической передачи, блок CATV, систему контроля параметров окружающей среды, встроенный первичный источник электропитания, абонентский кросс, аккумуляторы и т.д. (рисунок 33).

Рисунок 33 - Структура ONU

 

Он обеспечивает следующие интерфейсы: аналоговая абонентская линия СТОП, ISDN (BRI и PRI), CATV,/Vx64 кбит/с, интерфейсы выделенной линии Е1, выделенной 2/4-проводной линии тональной частоты, субскорости сетей передачи данных (скорости ниже 64 кбит/с), ADSL, Ethernet 10/100 Мбит/с, интерфейс эмуляции каналов Е1, Frame Relay. Он также обеспечивает функции тестирования абонентских линий.

Блок CATV в ONU представляет собой встроенный оптический приемник, который может конфигурироваться в соответствии с кон кретными требованиями, а также может представлять собой оптический передатчик для передачи оптического сигнала другим ONU.

Встроенный блок оптической передачи представляет собой компактный блок системы передачи SDH или пассивной оптической сети.

Блок контроля параметров электропитания и окружающей среды обеспечивает контроль оборудования электропитания и параметров окружающей среды внутри оборудования ONU, а также рабочего состояния блока CATV.

Емкость сети доступа HONET может увеличиваться в режиме online, что означает возможность добавления отдельных модулей или увеличения емкости без перерыва в предоставления услуг. Благодаря модульному построению, сеть доступа HONET поддерживает различные способы увеличения емкости путем добавления плат, функциональных блоков или модулей.

Для обеспечения надежной работы удаленных ONU без присутствия обслуживающего персонала сеть доступа HONET обеспечивает мощные функции мониторинга таких параметров как температура, влажность, открывание дверей, параметры первичного источника питания, аккумуляторов и полки главного управления в ONU.

Когда от ONU требуется предоставить интерфейс V5 (или другой интерфейс узла услуг), блок главного управления PV8/PV4 может конфигурироваться и использоваться для обработки протокола интерфейса V5 и управления оборудования. Функция абонентского блока - поддерживать различные абонентские интерфейсы и выполнять различные услуги, предоставляемые узлом услуг.

В соответствии с различными требованиями к абонентской емкости и к параметрам окружающей среды, HONET представляет широкий спектр блоков ONU различной емкости (от 80 до 7000 абонентов) и обеспечивает возможность эксплуатации в различных климатических условиях. В зависимости от условий эксплуатации, выпускаются ONU для установки на открытом воздухе и для установки в помещениях.

ONU внешнего исполнения водонепроницаемы, предназначены для работы в холодном и жарком климате, недоступны для несанкционированного проникновения.

Система управления. Система управления сетью доступа AN-NMS управляет оборудованием сети доступа и осуществляет следующие функции: управление отказами, безопасностью, конфигурацией и рабочими характеристиками.

Она состоит из следующих элементов: ВАМ, рабочие станции операторов, система программного обеспечения NMS и блок аварийной сигнализации. Система AN-NMS HONET использует архитектуру «клиент/сервер». При этом ВАМ служит в качестве сервера, отвечающего за связь между рабочими станциями и оборудованием сети доступа. В качестве рабочей станции может использоваться обычный персональный компьютер, поддерживающий работу ПО NMS. Кроме того, он обеспечивает полную справочную информацию, облегчающую его эксплуатацию. Блок аварийной сигнализации обеспечивает звуковую и визуальную аварийную сигнализацию о состоянии оборудования.

Виды систем оптической передачи, используемые в HONET:

- Встроенная активная система передачи (SDH) OptiXTM155/622Н.

- Компактное оборудование, обеспечивающее до 63 электрических интерфейсов Е1, до шести оптических интерфейсов уровня STM-1 или до трех оптических интерфейсов уровня STM-4.

- Встроенная пассивная система передачи (PON) HONET-PON16.

- Обеспечивает до 16 потоков Е1 с конфигурацией сети «звезда», «дерево», «шина» с максимальным оптическим коэффициентом разветвления 1:16. При этом наибольшее расстояние при передаче в конфигурации «точка-точка» - 50 км, а в конфигурации «точка - много точек» - 30 км. Возможно до пяти последовательных каскадов разветвления.

- Встроенное оборудование пассивной оптической сети ATM (APON) HONET-APON155.

 Предоставляет интерфейсы 10/100М, CES E1, V.35 и конфигурацию сети «звезда», «дерево», «шина» и т.д. Данная система является отличным решением для доступа FTTC, FFTB, FTTO, FTTH, а также превосходным способом осуществления мультисервисного доступа.

Применение. В настоящее время компания «Huawei Technologies» занимает лидирующие позиции по объему продаж на рынке сетей доступа Китая и является одним из крупнейших в мире поставщиков оборудования оптических сетей доступа. Во всем мире установлено более 30 млн. линий оборудования доступа HONET. Это оборудование широко применяется в Гонконге, Китае, Египте, Саудовской Аравии, Перу и других странах.

Что касается создания городских широкополосных сетей MAN (Metropolitan Area Network), оборудование компании «Huawei Technologies» работает в более чем 100 больших и средних городах, предоставляя интегрированные широкополосные услуги. Например, в Китае задействовано свыше 150 000 линий ADSL и 500 000 портов Ethernet оборудования доступа компании «Huawei Technologies», что составляет 70 % рынка сетей доступа в Китае.

 

2.14 Построение транспортных сетей на базе оборудования компании «Huawei Technologies Co., Ltd»

 

В настоящее время транспортные сети можно разделить на три уровня. Для нижнего уровня - уровня доступа - характерна малая емкость, сложная топология сети. На этом уровне в основном применяется оборудование уровня передачи STM-1 или STM-4.

На региональном уровне топология сети состоит в основном из колец, для построения которых применяется оборудование уровня передачи STM-16, STM-4 или STM-1.

На самом верхнем, магистральном, уровне требуется большая емкость сетей передачи, при этом информация передается на большие расстояния. На этом уровне применяется оборудование уровня передачи STM-16 и оборудование передачи SDH на основе высокоплотного мультиплексирования с разделением по длинам волн DWDM со скоростями передачи до 320G.

Компания «Huawei Technologies Co., Ltd», несмотря на свой молодой возраст, не только лидирует на рынке Китая, но и уверенно выходит на мировой и казахстанский рынок.

Теперь уже не только альтернативные операторы связи, но и традиционные операторы электросвязи видят в компании «Huawei Technologies Co., Ltd» серьезного партнера, способного потеснить других поставщиков телекоммуникационного оборудования на российском рынке.

Примером тому может быть то, что молодая китайская компания участвует в крупных тендерах, где не только уверенно держится среди крупных поставщиков оборудования, но и все чаще и чаще побеждает. Выбор операторами оборудования компании «Huawei Technologies Co., Ltd» обусловлен тем, что она является одной из самых динамично развивающихся фирм-производителей, поставляющей высококачественный и полныйоборудования для транспортных сетей.

Список литературы 

1. Бочаров Р.В., Тихвинский В.О. Оценка окупаемости затрат на создание инфраструктуры сетей подвижной связи третьего поколения в опытных районах Российской Федерации // Мобильные системы. - 2001. - № 2. - С. 39-41.

2. Тихвинский В.О. Сети подвижной связи третьего поколения: экономические и технические аспекты развития в России. - М.: Радио и связь, 2002. - 312 с.

3. Тихвинский В.О. Оценка инвестиционных затрат на развитие сетей связи третьего поколения // Мобильные системы. - 2002. - № 10. - С. 36-41.

4. Тихвинский В.О., Исаев A.M. Прогноз тарифов на услуги подвижной связи 3-го поколения в России / Доклады международной конференции «Мобильная связь 3-гопоколения». -М. 2001.-Т. 1. -С. 106-114.

5. Тихвинский В.О. Регулирование и экономика подвижной связи / Под редакцией чл.- корр. РАН Ю.Б. Зубарева. - М.: Радио и связь, 2003. - 366 с.

6. http://www.citforum.ru/hardware/mobile/wlan/index.shtml.

7. Шапоров В. Siemens - выход на массовый рынок мобильной передачи данных // Мобильные системы. - 2003. - № 2. - С. 30-37.

8. http://www.citforum.ru/hardware/mobile/nets/index.shtml.

9. Варакин Л.Е. Глобальное информационное общество: Критерии развития и социально-экономические аспекты. - М.: MAC, 2001. – 122 с.

10. Крук Б.И., Попантонопуло В.Н., Шувалов В.П. Телекоммуникационные системы и сети. - Новосибирск: СП «Наука» РАН, 1998. – 311 с..

11. Толковый словарь терминов по системам, средствам и услугам связи. - М.: Радио и связь, 2000. - 256 с.

12. ITU-T Recommendation G.803. Architecture of transport networks based on the SDH (06/97).

13. ITU-T Recommendation I.326. Function architecture of transport networks based on ATM. (11/95).

14. ITU-T Recommendation G.872. Architecture of optical transport networks. (12/98).

15. Нормы на электрические параметры цифровых каналов и трактов магистральной и внутризоновых первичных сетей. - М.: ЦНИИС, 1996. - 106 с.

16. Справочные материалы по вводу в эксплуатацию сетей тактовой сетевой синхронизации. - М.: «Сайрус Система», 2001. - 150 с.

17. Бакланов И.Г. Технология измерений первичной сети. Ч. II. Системы синхронизации. B-ISDN, ATM. - М.: ЭКО-Трендз, 2000. - 150 с.

18. ITU-T Recommendation G.902. Frameworks. Recommendation on functional access networks. Architecture and functions, access types, management and service node aspects. (11/95).