63398 (Широкополосные беспроводные сети передачи информации), страница 3

Технология Fractional Frequency Reuse, которая позволяет контролировать наложение/пересечение каналов для повторного использования частот с минимальными потерями.

Размер фрейма в 5 миллисекунд обеспечивает компромисс между надежностью передачи данных за счет использования малых пакетов и накладными расходами за счет увеличения числа пакетов (и, как следствие, заголовков).

2.4 Расчет зоны действия сигнала

2.4.1 Расчет дальности работы беспроводного канала связи

Формула расчета дальности берется из инженерной формулы расчета потерь в свободном пространстве [15, 16]:

FSL = 33 + 20(lgF + lgD)(2.1)

где FSL (Free Space Loss) – потери в свободном пространстве, дБ; F – центральная частота канала, на котором работает система связи, МГц; D – расстояние между двумя точками, км.

FSL определяется суммарным усилением системы. Оно считается следующим образом:

Y = Pt + Gt + GT + Pmin – Lt – LT(2.2)

где Pt – мощность передатчика, дБмВт; Gt – коэффициент усиления передающей антенны, дБи; GT – коэффициент усиления приемной антенны, дБи; Pmin – чувствительность приемника на данной скорости, дБмВт; Lt – потери сигнала в коаксиальном кабеле и разъемах передающего тракта, дБ; LT – потери сигнала в коаксиальном кабеле и разъемах приемного тракта, дБ.

Для каждой скорости приемник имеет определенную чувствительность. Для небольших скоростей (например, 1-2 Мбит) чувствительность наименьшая: от -90 дБмВт до -94 дБмВт. Для высоких скоростей чувствительность намного выше. В качестве примера в таблице Б.1 приведены несколько характеристик обычных точек доступа 802.11a,b,g.

В зависимости от марки радиомодулей максимальная чувствительность может немного варьироваться. Поэтому для разных скоростей максимальная дальность будет разной.

FSL вычисляется по формуле

FSL = Y – SOM(2.3)

где SOM (System Operating Margin) – запас в энергетике радиосвязи, дБ. Учитывает возможные факторы, отрицательно влияющие на дальность связи, такие как:

температурный дрейф чувствительности приемника и выходной мощности передатчика;

всевозможные атмосферные явления: туман, снег, дождь;

рассогласование антенны, приемника, передатчика с антенно-фидерным трактом.

Параметр SOM обычно берется равным 10 дБ.

Центральная частота канала F берется из таблицы Б.2.

В итоге получим формулу дальности связи [10]:

(2.4)

2.4.2 Расчет зоны Френеля

Радиоволна в процессе распространения в пространстве занимает объем в виде эллипсоида вращения с максимальным радиусом в середине пролета, который называют зоной Френеля (рис. 2.7). Естественные (земля, холмы, деревья) и искусственные (здания, столбы) преграды, попадающие в это пространство, ослабляют сигнал.

Радиус первой зоны Френеля над предполагаемой преградой может быть рассчитан с помощью формулы [17]:

(2.5)

где R – радиус зоны Френеля, м; S, D – расстояние от антенн до самой высшей точки предполагаемого препятствия, км; f – частота, ГГц.

Этот расчет сделан в предположении, что земля плоская. Он не учитывает кривизну земной поверхности. В случае больших расстояний между антеннами следует стараться увеличивать высоту подвеса антенн, принимая во внимание кривизну земной поверхности.

Обычно блокирование 20% зоны Френеля вносит незначительное затухание в канал. При блокировании свыше 40% затухание сигнала будет уже значительным, следует избегать попадания препятствий на пути распространения.

Пусть расстояние между антеннами равно 10 км (см. рис. 2.7), предполагаемое препятствие от правой антенны находится на расстоянии 7 км и беспроводное оборудование работает на шестом канале.

Подставив данные S, D и частоту канала из таблицы Б.2 в формулу (2.5), получим:

Следовательно, чтобы затухание сигнала было минимальным, необходимо, чтобы препятствие не заходило в зону Френеля с радиусом 16 м.

Раздел 3. Практическая реализация построения сети

3.1 Построение беспроводных сетей доступа

3.1.1 Пример проекта беспроводной сети доступа на оборудовании стандарта 802.11b

Рассмотрим проект построения территориально распределенной беспроводной сети доступа стандарта 802.11b. Проект предусматривал разработку радиосети, обеспечивающей следующие сервисы:

Подключение корпоративных клиентов к Интернет;

Объединение локальных сетей клиентов;

Организация каналов с гарантированной полосой пропускания для поддержки голосовых сервисов и видеоконференций.

С помощью секторных 90° кросс-поляризованных антенн и восьми радиомостов Cisco Aironet BR350-A-K9, размещаемых на радиовышке, формируется многосекторная базовая станция с круговой зоной покрытия абонентов (зона прямой видимости) в радиусе до 2-3 км, с общей полосой пропускания 40 Мбит/с или 5 Мбит/с на сектор. Базовую станцию можно строить поэтапно, начав с одного моста и всенаправленной антенны и наращивая по мере необходимости число мостов и, соответственно, секторов.

Рисунок 3.1. Базовая станция беспроводной сети стандарта 802.11

С ростом числа секторов и мостов уменьшается ширина сектора и увеличивается радиус зоны покрытия. В предельном случае каждый сектор обслуживается своим мостом, вся мощность которого отдается в антенну без деления. Для "нарезки" определенной полосы пропускания клиентам и обеспечения QoS базовая станция подключается к магистральному каналу через коммутатор третьего уровня или мультисервисный маршрутизатор.

На территории клиента, находящейся в зоне прямой видимости базовой станции, устанавливается абонентский узел. Прием ведется на направленную поляризованную антенну, размещенную на вышке или мачте. Для увеличения дальности применяют антенны с большим коэффициентом усиления. В зависимости от решаемых задач абонентские узлы могут быть построены различными способами.

Например, для простого доступа в Интернет можно обойтись узлом на базе PC-сервера с клиентским PCI-адаптером Cisco AIR-PCI352 (см. таблицу 1).

Рисунок 3.2. Абонентский узел на базе PC-сервера

Таблица 3.1

Для передачи конвергентного трафика клиентов узел можно строить на базе моста для рабочих групп Cisco AIR-WGB352R и мультисервисного маршрутизатора - например, Cisco 831 (см. таблицу 2).

Рисунок 3.3. Абонентский узел на базе Cisco AIR-WGB352R

Таблица 3.2

А отсутствие в стандарте 802.11b сервисов, необходимых для поддержки голосовых и видео приложений, можно компенсировать внешним оборудованием.

Внешний мультисервисный маршрутизатор или коммутатор третьего уровня позволит "нарезать" полосы пропускания клиентам и обеспечить QoS.

3.1.2 Пример построения беспроводной сети операторского класса

Используя исходные данные из предыдущего примера, рассмотрим построение сети операторского класса на базе системы широкополосного беспроводного доступа Aperto PacketWave 1000.

Эта система предусматривает работу в частотных диапазонах 2.5, 3.5, 5.3 и 5.8 ГГц в режиме временного разделения каналов приема-передачи (TDD) с возможностью выбора ширины полосы используемого частотного ресурса. Система может работать при частичном или полном отсутствии прямой видимости (что весьма актуально в городских условиях), поддерживает качество обслуживания и виртуальные сети VLAN.

Базовая станция состоит из внутреннего блока с 4 или 6 модулями доступа и внешних радиомодулей, устанавливаемых на радиовышке. Вся зона обслуживания разбивается на 4 или на 6 секторов доступа. Максимальная пропускная способность каждого сектора - 20 Мбит/с в радиоканале (т. е. порядка 14 Мбит/с в "полезной" нагрузке). Общая пропускная способность базовой станции может достигать 84 Мбит/с.

Абонентский терминал состоит из внутреннего интерфейсного модуля и внешнего радиомодуля с интегрированной или внешней антенной. Существует три типа абонентских терминалов системы - PacketWave 110, PacketWave 120, PacketWave 130 - которые отличаются функциональностью и стоимостью (см. таблицу 3).

Таблица 3.3

Эти терминалы применяется для подключения абонентов к Интернет и объединения локальных сетей абонентов. Терминалы типов 1 и 2 применяются также для предоставления канала с гарантированной полосой пропускания. Такая градация позволяет оператору четко дифференцировать абонентов по требуемой функциональности и платежеспособности и за счет этого расширить круг потенциальных абонентов.

Видно, что беспроводная операторская сеть доступа, реализованная на оборудовании широкополосного доступа, более приспособлена к предоставлению услуг в масштабах города. По сравнению с сетью на оборудовании Cisco Aironet стандарта 802.11b она обладает большей пропускной способностью, большим радиусом действия, может обслуживать большее число клиентов, а также поддерживает качество сервиса и виртуальные сети.

3.2 Построение антенно-фидерных трактов и радиосистем с внешними антеннами

Задачи по подключению к беспроводному оборудованию дополнительных антенн, усилению мощности передатчика, включению в систему дополнительных фильтров довольно часто встречаются в практике построения беспроводных сетей. И, как правило, на эту тему возникает много вопросов, самыми распространенными из которых являются вопросы о соответствии разъемов на используемом оборудовании и дополнительных кабелях, а также вопросы по расчету полученных систем.

Сразу необходимо отметить, что вынос антенны – вопрос неоднозначный, так как возникающие при этом негативные факторы, такие как затухание сигнала на кабельных сборках и увеличение уровня паразитных шумов, значительно ухудшают характеристики исходной радиосистемы. Вместе с тем подключенные антенны (особенно с большими коэффициентами усиления) во многом компенсируют все эти негативные факторы, но, несмотря на это, при проектировании все же стараются максимально сократить расстояние от порта активного оборудования точек доступа до вынесенной антенны и по возможности подключить антенну напрямую к точке доступа.

Очень часто бывают случаи, когда необходимо увеличить зону охвата внутри помещений, для этого используют антенны во внутреннем (indoor) исполнении. Для связи между домами или районами используют более дорогое оборудование во внешнем (outdoor) исполнении.

3.2.1 Антенно-фидерный тракт с усилителем