Адаптивная дифференциальная импульснокодовая модуляция

Адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция

Для оцифровки речи в схеме DECT используется процедура ADPCM (adaptive differential pulse code modulation — адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция). Эта процедура была стандартизована ITU-T и используется во многих приложениях, включая цифровые сети с коммутацией каналов, такие, как ISDN, и при реализации многих беспроводных абонентских линий связи. Далее будут рассмотрены принципы, лежащие в основе модуляции, будет описана более простая дифференциальная схема PCM (DPCM) и, наконец, рассмотрена собственно схема ADPCM.

Дифференциальное квантование

Дифференциальное квантование основано на принципе, согласно которому речевые сигналы незначительно изменяются от выборки к выборке. При обычной импульсно-кодовой модуляции квантованные значения смежных выборок будут, в общем случае, близки друг к другу, поэтому передаваемые модулированные значения будут содержать много избыточной информации. Следовательно, имеет смысл передавать только значение разности двух смежных выборок, а не их абсолютные значения, тогда для передачи одной выборки потребуется меньшее число битов (см. Рисунок 3.4). Если значение k-й выборки равно m(k), то передается лишь разница d(k) = m(k) - m(k - 1). Тогда если приемник будет располагать точным начальным значением, то по последовательности разностей d(k) будет восстановлена последовательность абсолютных значений выборок m(k).

Архитектура IEEE 802 16 Эталонная архитектура системы

Стандарты 802.16 разрабатываются по отношению к абстрактной эталонной модели системы, показанной на Рисунок 3.14. Согласно данным стандартам, беспроводная услуга — это предоставление тракта передачи сообщений между абонентом, которым может являться как одно абонентское устройство, так и абонентская сеть (например, ЛВС, РВХ, сеть на основе IP), и базовой сетью (доступ к которой определяется протоколом 802.16). Примерами базовых сетей являются общественная телефонная сеть и Internet. В этой модели определены три типа интерфейса. В стандарте IEEE 802.16 особое значение уделяется радиоинтерфейсу между трансиверной станцией абонента и базовой трансиверной станцией. В стандарте указаны все детали этого интерфейса, которые будут последовательно описаны ниже. В эталонной модели системы также представлены интерфейсы между трансиверными станциями и сетями, расположенными за ними (SNI и BNI). Подробное описание этих интерфейсов не является целью стандартов 802.16. В эталонной модели технологии, используемые в абонентских и базовых сетях (речь, ATM и т.д.), влияют на технологии, используемые в радиоинтерфейсе, и на услуги, предоставляемые трансиверными станциями через этот интерфейс.

Архитектура протоколов DECT

Рисунок 3.3 - Архитектура протоколов DECT

На уровне управления доступом к среде (MAC) осуществляется выбор физических каналов и устанавливается или освобождается соединение в этих каналах. Кроме того, на этом уровне информация уплотняется в формат кадров TDD - TDMA. На уровне MAC предоставляются три типа услуг.

• Широковещание. Передача широковещательных сообщений в поле А.

• Услуги с установлением соединения. Передача пользовательских данных в поле В.

• Услуги без установления соединения. Поддержка отдельных сообщений DECT, отправляемых в поле А.

Уровень управления каналом передачи данных обеспечивает надежную передачу сообщений с помощью традиционных процедур управления каналом передачи данных, включая обнаружение ошибок и автоматический запрос повторной передачи.

Выше уровня управления каналом передачи данных предлагается такой набор услуг.

• Управление вызовами. Управление звонками с коммутацией каналов, включая установление и освобождение соединения.

• Дополнительные услуги. Услуги, для предоставления которых не нужны звонки.

• Службы сообщений без установления соединения. Поддержка передачи сообщений без установления соединения. Длинные сообщения на время передачи разбиваются на блоки.

• Службы сообщений с установлением соединения. Поддержка передачи сообщений с установлением соединения.

• Управление мобильностью. Функции, необходимые для конфиденциального предоставления услуг DECT. Управление мобильностью разделено на семь групп услуг.

• Процедура идентификации. Используется для распознавания базовой станцией мобильного устройства.

• Процедура аутентификации. Определяется, является ли мобильное устройство легальным пользователем.

• Процедура определения местонахождения. Используется в системах, в которых местоположение мобильного устройства отслеживается несколькими базовыми станциями.

• Процедура предоставления прав доступа. Мобильному устройству предоставляется право доступа к локальной или глобальной сети определенного типа.

• Процедура назначения ключа. Распределяются ключи шифрования для защиты сетевой управляющей информации, а также пользовательской информации.

• Процедура запроса параметров. Используется для обмена информацией о мобильном устройстве и функционировании сети.

• Процедура шифрования данных. Операции шифрования и дешифрования.

и уровнем передачи находятся функции,

Рисунок 3.15 - Архитектура протоколов IEEE 802.16

Над физическим уровнем и уровнем передачи находятся функции, связанные с предоставлением услуг абонентам. Приведем примеры таких функций.

• При передаче: сбор данных в кадр, имеющий адресное поле и поле обнаружения ошибок.

• При приеме: разбор кадра, распознавание адреса и обнаружение ошибок.

• Управление доступом к беспроводной среде передачи.

Эти функции собраны на уровне управления доступом к среде (MAC). На этом уровне протокол между базовой станцией и абонентской станцией отвечает за предоставление доступа к радиоканалу. В частности, в протоколе MAC определяется, как и когда базовая станция и абонентская станция могут начинать передачу в канале. Поскольку для некоторых уровней, находящихся выше уровня MAC (например, ATM), нужно определять уровень предоставляемых услуг (QoS), протокол MAC должен уметь распределять пропускную способность таким образом, чтобы удовлетворить требованиям, предъявляемым к этим услугам. В нисходящем направлении (от базовой станции к абонентским станциям) находится только один передатчик, потому протокол MAC для этого направления является достаточно простым. В восходящем направлении за доступ состязаются несколько абонентских станций, в результате чего протокол MAC усложняется.

Над уровнем MAC находится уровень сходимости, в котором собраны функции, характерные для конкретного вида предоставляемых услуг. Протокол уровня сходимости должен выполнять такие действия:,

• инкапсулировать PDU (модули данных протокола) верхних уровней в естественные для 802.16 кадры MAC/PHY;

• отображать адреса верхнего уровня в адреса 802.16;

• преобразовывать параметры QoS в естественный формат 802.16 MAC;

• адаптировать временные зависимости трафика верхнего уровня в эквивалентную услугу MAC.

В некоторых случаях, таких, как передача цифрового аудио и видео, уровень сходимости не нужен, и поток цифровых данных передается уровню передачи. Уровень сходимости требуется для услуг высшего уровня, в которых используется структура PDU.

Пример структуры протокола с уровнем сходимости для управления трафиком на основе протокола TCP/IP показан на Рисунок 3.16. Данные высшего уровня передаются на подуровень управления логическим каналом (LLC), на котором управляющая информация прилагается как заголовок, создавая модуль данных протокола (PDU) LLC. Эта управляющая информация используется для работы протокола LLC, представляющего собой разновидность протокола управления каналом передачи данных. Затем PDU LLC передается на уровень MAC, на котором перед модулем и за модулем присоединяется управляющая информация, образуя кадр MAC. Как и раньше, управляющая информация нужна для работы протокола MAC. На рисунке также показано использование протокола TCP/IP и уровень приложений, который находится над протоколами 802.16.

Атмосферное поглощение

При распространении радиоволн с частотой свыше 10 ГГц через атмосферу происходит молекулярное поглощение. Интенсивность этого поглощения является нечетной функцией частоты, которая показана на Рисунок 3.3. Приблизительно на частоте 22 ГГц находится пик, соответствующий поглощению водяным паром, а на частоте около 60 ГГц — пик, соответствующий поглощению кислородом. На рисунке видно, что существует два благоприятных окна для сообщения, одно расположено в диапазоне примерно от 28 ГГц до 42 ГГц, и затухание в нем не превышает 0,13 дБ/км, другое находится в диапазоне 75-95 ГГц, и здесь затухание составляет порядка 0,4 дБ/км.

Впрочем, следует отметить, что данные о поглощении, представленные на Рисунок 3.11, соответствуют определенным значениям температуры, относительной влажности и атмосферного давления. Для других значений этих параметров форма кривых остается той же, однако изменяются абсолютные значения, особенно при изменении температуры и относительной влажности. В табл. 3.6, составленной на основе данных, показано влияние температуры и влажности.

БЕСПРОВОДНЫЕ АБОНЕНТСКИЕ ЛИНИИ СВЯЗИ

Традиционно услуги передачи речи и данных предоставляются конечным пользователям посредством местной (или абонентской) линии связи, т.е. с помощью проводных систем. Для абонентов, находящихся в жилых домах, в качестве стандартного средства соединения использовались и продолжают использоваться витые пары. Для организаций и государственных учреждений используются витые пары, коаксиальный кабель и оптоволокно.

По мере роста спроса на пропускную способность, особенно после возникновения Internet, традиционной технологии витых пар становилось недостаточно. Поставщики телекоммуникационных услуг разработали множество удовлетворяющих предъявляемым требованиям технологий, включая ISDN (Integrated Services Digital Network — цифровая сеть с интеграцией услуг), а также семейство технологий цифровых абонентских линий, известное как xDSL. Кроме того, фирмы, занимающиеся кабельным телевидением, ввели двусторонние высокоскоростные услуги с использованием технологии кабельного модема. Таким образом, надежный и высокоскоростной доступ к средствам связи в жилых домах, частных и государственных конторах вполне может быть обеспечен и проводными технологиями.

Тем не менее растет интерес и к конкурирующим технологиям беспроводного абонентского доступа. Эти технологии объединяют под общим названием беспроводные абонентские линии связи (wireless local loop — WLL), или стационарный беспроводный доступ. Существует два вида беспроводных абонентских линий связи: узкополосные линии, которыми предлагается заменить существующие телефонные линии, и широкополосные линии, которые обеспечивают двусторонние высокоскоростные услуги передачи речи и данных. Табл. 3.5, составленная на основе данных, позволяет сравнить линии WLL с другими технологиями, предоставляющими беспроводный доступ стационарным абонентам.

БЕСШНУРОВЫЕ СИСТЕМЫ

Стандартизованные бесшнуровые системы основаны на технологии беспроводного телеграфа. Первоначально радиотелефоны разрабатывались для предоставления пользователям свободы передвижения в пределах их жилья или небольшого учреждения. Все началось с отделения телефонной трубки от остальной части телефона (именуемой базовой станцией, или базой) и установления простого беспроводного аналогового канала связи. По мере совершенствования технологии были разработаны и цифровые радиотелефоны. Разные устройства имели разные беспроводные интерфейсы. Впрочем, поскольку производители продавали и базу и телефонную трубку как одно устройство, стандарты вводить не требовалось.

Организации по стандартизации заинтересовались бесшнуровыми технологиями, когда встал вопрос о расширении диапазона их применения, причем в двух направлениях. Во-первых, в бесшнуровых системах одна базовая станция может обслуживать нескольких пользователей и взаимодействовать не только с несколькими телефонными трубками, но и с устройствами обработки речи и данных (например, факсом или принтером). Во-вторых, бесшнуровые системы можно использовать в различных средах.

• По месту жительства. Установленная в жилом доме базовая станция может обеспечивать передачу речи и данных, что предоставит пользователю не только местную связь, но и связь с общественной телефонной сетью.

• Учреждения. Одна базовая станция может поддерживать связь в пределах небольшого учреждения, обслуживая при этом несколько телефонных трубок и устройств обработки данных. В более крупном учреждении несколько базовых станций можно объединить в некое подобие сотовой конфигурации, подсоединив при этом все базовые станции к коммутатору РВХ (private branch exchange — телефонная сеть частного использования). Такая конфигурация может обслуживать сотни и даже тысячи пользователей.

• Телеточки. Телеточкой называется размещение базовой станции в общественном месте, например в торговом пассаже или в аэропорту. Впрочем, этот вид услуг не пользуется успехом на рынке.

В стандартах бесшнуровных систем должны учитываться множество технических моментов. Перечислим некоторые из них.

1. Радиус удаления телефонной трубки от базовой станции является небольшим, до 200 м, поэтому используются устройства малой мощности. Как правило, выходная мощность бесшнуровой системы должна быть на два-три порядка ниже мощности сотовых систем.

2. Телефонная трубка и базовая станция должны быть недорогими. Поэтому в таких областях, как кодирование речи и выравнивание каналов, следует использовать простые технические решения.

3. Большой выбор частот будет доступен не всегда, поскольку пользователи являются владельцами как базовой станции, так и мобильной части телефона и могут устанавливать свои телефоны где угодно. Следовательно, где бы ни использовалась система, она должна уметь отыскивать канал с наименьшей интерференцией.

Для бесшнуровых систем было предложено много разных стандартов, самым известным из которых является разработанный в Европе стандарт DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications — цифровые расширенные беспроводные телекоммуникации)1. Эквивалент этого стандарта, разработанный в США, известен как PWT (personal wireless communications — персональные беспроводные коммуникации). В табл. 3.1 приведены некоторые ключевые параметры стандартов DECT и PWT. В этих системах используется схема, известная как дуплекс с временным разделением (time division duplex — TDD). Поэтому сначала в общих чертах будет рассмотрена схема TDD, а затем мы перейдем к подробностям стандарта DECT.

Дуплекс с временным разделением

Чтобы с помощью обычной схемы TDD получить необходимую абоненту скорость передачи данных поток битов сначала разделяется передатчиком на равные сегменты, которые сжимаются во времени до более высоких скоростей передачи данных и передаются в форме пакетов, а принимающая сторона затем восстанавливает исходную скорость передачи данных. Между передачей пакетов в противоположных направлениях имеется короткий перерыв,. нужный для установления канала связи. Таким образом, реальная скорость передачи данных в канале должна быть более чем в два раза выше, чем скорость передачи данных, требуемая двумя конечными системами.

Физический уровень стандарта IEEE

Для передачи в восходящем направлении используется технология DAMA-TDMA (множественный доступ с распределением по запросу; множественный доступ с временным разделением). Как было определено в главе 9, DAMA — это схема распределения пропускной способности, адаптируемая для оптимального соответствия меняющимся требованиям различных станций. TDMA— это просто схема разделения времени в канале на последовательность кадров, каждый из которых состоит из нескольких слотов, и один или несколько слотов в каждом кадре выделяется для создания логического канала. При использовании комбинированной схемы DAMA-TDMA распределение слотов в канале происходит динамически.

Для исправления ошибок при передаче в восходящем направлении используется код Рида-Соломона (Reed-Solomon) и схема модуляции, основанная на QPSK.

Формат кадра

Чтобы разобраться в работе протокола MAC, лучше всего рассмотреть формат его кадра (Рисунок 3.17). Кадр делится на три секции.

• Заголовок. Содержит информацию управления протоколом, необходимую для функционирования протокола MAC.

• Полезная нагрузка. В этой секции могут находиться данные более высокого уровня (например, ячейки ATM, пакеты IP, блоки оцифрованной речи) или управляющее сообщение MAC.

• CRC. Поле циклической проверки четности с избыточностью содержит код обнаружения ошибок (рассмотрен в разделе 8.1).

Определены три формата заголовка. Существуют общие форматы заголовков в восходящем (к базовой станции) и в нисходящем (к абоненту) направлениях. Эти форматы используются для кадров, в которых содержатся как данные более высокого уровня, так и управляющие сообщения MAC. Третий формат используется для кадра, содержащего запрос на предоставление полосы частот.

Формат кадра DECT

При объяснении стандарта DECT лучше всего начинать с формата кадра TDD- TDMA, схема которого показана на Рисунок 3.2. Один кадр занимает 10 мс и состоит из 24 временных интервалов (слотов) TDMA. По умолчанию первые 12 слотов определяют 12 логических каналов, по которым осуществляется передача данных от базовой станции к трубке (прямое направление), а оставшиеся 12 определяют 12 логических каналов для передачи от трубки к базовой станции (обратное направление). Таким образом, на одной несущей поддерживаются 12 полнодуплексных логических каналов. Направления передачи чередуются, сначала идут 12 слотов в прямом направлении, за которыми следуют 12 слотов в обратном направлении.

Каждый слот имеет длину 10/24 = 0,417 мс и всего вмещает 480 бит, распределенных по 6 полям. Таким образом, скорость передачи данных составляет 480/0,417 = 1,152 Мбит/с. Перечислим названные шесть полей.

• Предварительная последовательность (16 бит). Предупреждает приемник о поступлении информации.

• Синхронизация (16 бит). Позволяет синхронизировать прием, предоставляя в качестве точки отсчета начало временного интервала.

• Поле А (64 бит). Используется для управления сетью.

• Поле В (320 бит). Содержит пользовательские данные.

• Поле X (4 бит). Состоит из четырех битов контроля четности, которые позволяют терминалам и базовой станции проверять качество передачи сигнала.

• Защитное поле (60 бит). Представляет собой защитный интервал длиной 52 мкс, соответствующий интервалу Tg на Рисунок 3.1.

Формат нисходящего заголовка показан на

Рисунок 3.17 - Формат кадра IEEE 802.16.1

Формат нисходящего заголовка показан на Рисунок 3.18, а. Он состоит из следующих полей.

• Управление шифрованием (1 бит). Указывает, зашифрована ли полезная нагрузка.

• Последовательность ключа шифрования (4 бит). Указатель на вектор информации о ключе шифрования, который используется при шифровании полезной нагрузки.

• Длина (11 бит). Длина в байтах всего кадра MAC.

• Идентификатор соединения (16 бит). Однонаправленный адрес уровня MAC, идентифицирующий соединение с одноранговыми объектами на уровнях MAC абонента и базовой станции. Данный идентификатор отображается в идентификатор SFID, который определяет параметры качества обслуживания потока услуг, связанного с данным соединением.

• Тип заголовка (1 бит). Позволяет определить, является заголовок обычным или же он соответствует кадру с запросом на предоставление полосы частот.

• Индикатор ARQ (1 бит). Указывает, относится ли кадр соединению, допускающему ARQ. Если да, то используется механизм ARQ, описанный в разделе 8.4, и в начало кадра добавляется 2-байтовое контрольное поле. Данная структура состоит из 4-битового числа, обозначающего количество попыток повторной передачи, и 12-битового порядкового номера. Значение в поле числа попыток сбрасывается при первой отправке пакета и возрастает на единицу всякий раз, когда пакет передается повторно (до последнего значения 15). Поле порядкового номера присоединяется к каждому пакету при его первой передаче, а затем также увеличивается на единицу при последующих передачах.

• Управление фрагментами (2 бит). Используется при фрагментации и повторной сборке, что будет рассмотрено ниже.

• Порядковый номер фрагмента (4 бит). Помер текущего фрагмента в последовательности.

• Последовательность проверки заголовка (8 бит). Для обнаружения ошибок в заголовке используется 8-битовый код CRC.

Фрагментация используется для разделения блоков данных более высокого Уровня на два или большее количество фрагментов с целью уменьшения размера кадров MAC. Это позволяет увеличить эффективность использования доступной полосы частот в соответствии с требованиями качества обслуживания потока услуг. Если фрагментация не проводится, значение в поле управления фрагментами (FC) равно 00. Если же кадр делится на фрагменты, тогда всем фрагментам будет выделен один и тот же порядковый номер (FSN), а значение в поле FC интерпретиру следующим образом: 01 — первый фрагмент, 11 — промежуточный фрагмент, 1 последний фрагмент. Пользователь MAC, которому передаются эти кадры, должен будет собрать воедино все фрагменты с одним и тем же номером FSN.

Форматы DECT

Рисунок 3.2 - Форматы DECT

Поле А

Поле А, которое служит для передачи управляющей информации, состоит из трех подполей.

• Заголовок (8 бит). Указывается тип информации, передаваемой в полях А и В.

• Данные (40 бит). Здесь находится сообщение управления сетью.

• CRC (16 бит). 16-битовый код обнаружения ошибок в заголовке и данных.

В поле А уплотняются пять логических каналов управления, обозначаемых С, М, N, Р и Q (см. табл. 3.2). Первые три бита заголовка определяют тип информации, содержащейся в 40-битовом поле данных. Биты Q1 и Q2 образуют сигнальный канал, предоставляющий информацию о качестве сигнала на устройстве с другой стороны.

Форматы заголовка MAC стандарта IEEE

Рисунок 3.18 - Форматы заголовка MAC стандарта IEEE 802.16

Формат восходящего заголовка показан на Рисунок 3.18, б. Этот заголовок содержит те же поля, что и нисходящий заголовок, плюс 8-битовое поле предоставления управления (GM). Это поле используется абонентом для передачи управления полосой частот базовой станции. Для этого поля существуют три различных типа кодирования, в зависимости от типа соединения. В поле GM находятся такие подполя.
• Индикатор продвижения очереди (1 бит). Если этот бит установлен, он определяет продвижение права передачи относительно длины очереди восходящего канала.

• Бит опроса (1 бит). Если этот бит установлен, базовую станцию просят произвести опрос.

• Требуемый ресурс (7 бит). Запрос пропускной способности, требуемой для соединения.

• Каскадный запрос (8 бит). Число байтов пропускной способности восходящего канала, требуемых абоненту для этого соединения.

Первые два формата поля GM связаны с незапрашиваемым предоставлением услуги (UGS). Эта услуга разработана для поддержки потока услуг в реальном времени. По сути, базовая станция периодически, используя управляющие сообщения MAC, предоставляет абоненту право передачи некоторого количества байтов йа данное соединение. Распределение происходит в соответствии с требованиями передачи в реальном времени. Если абонент обнаруживает, что очередь передаваемых им данных превышает пороговый размер, он отправляет поле GM, в котором установлен бит SI, и либо просит провести опрос на желание использовать полосу частот, задавая бит РМ, либо заказывает требуемую пропускную способность в следующем слоте. Последний метод используется для услуг UGS с обнаружением активности; это означает, что поток может просто стать неактивным на значительный период времени. Для других типов услуг поле GM можно использовать для запроса пропускной способности. Это называется каскадным запросом, поскольку запрос не является отдельным кадром MAC с запросом управления полосой частот, а является частью кадра MAC, содержащего также пользовательские данные.

Наконец, заголовок запроса предоставления полосы частот используется абонентом для запроса дополнительной полосы частот. Этот заголовок используется для кадров MAC, не содержащих полезной нагрузки. В 15-битовом поле запроса указывается число байтов пропускной способности, требуемое для передачи данных по восходящему каналу.

Локальные многоточечные распределительные услуги (LMDS)

Локальные многоточечные распределительные услуги (local multipoint distribution service — LMDS) представляют собой относительно новый тип услуг WLL по доставке телевизионных сигналов и обеспечению двусторонней широкополосной связи на миллиметровых частотах. В Соединенных Штатах для систем LMDS будут выделены частоты порядка 30 ГГц, в Европе и некоторых других областях земного шара — порядка 40 ГГц. В табл. 3.9 показаны полосы частот, используемые в Соединенных Штатах для стационарного беспроводного доступа с помощью LMDS. Системы LMDS имеют следующие преимущества.

1. Относительно высокая скорость передачи данных, измеряемая мегабитами в секунду.

2. Возможность передачи видеосигналов, телефонной связи и обмена данными.

3. Относительно низкая стоимость по сравнению с альтернативными кабельными услугами.

Основным недостатком LMDS является малый радиус зоны обслуживания для одной базовой станции. Поэтому для обслуживания одного района приходится вводить большое количество базовых станций.

В типичной системе LMDS антенна базовой станции располагается на крыше высотного здания или на высоком столбе, с которого видна вся зона обслуживания, причем линия прямой видимости, по возможности, не должна проходить через листву. Одна антенна базовой станции покрывает угловой сектор от 60° до 90°. Таким образом, для полного охвата зоны обслуживания необходимо иметь на базовой станции от 4 до 6 антенн. Радиус же зоны обслуживания одной базовой станции обычно лежит в пределах 2-4 км. Если пропускная способность нисходящего канала связи составляет 36 Мбит/с, то, учитывая доступную ширину полосы, вполне разумно установить скорость передачи данных в восходящем канале от абонента равной 1 Мбит/с.

Немаловажно то, что коротковолновые сигналы систем LMDS не могут огибать такие объекты, как здания, стены или густая листва, или проходить сквозь них. Как говорилось выше, допустимым является только некоторое количество листвы, а при наличии густой листвы придется применять специальные контрмеры. Вводя базовые станции с перекрывающимися зонами обслуживания, можно обслуживать экранированные области из ячейки одной базовой станции с базовой станции соседней ячейки. Кроме того, можно использовать ретрансляторы и отражатели.

Назад Вперед

Многоканальные многоточечные распределительные услуги (MMDS)

В табл. 3.9 перечислены 15 полос частот, выделенных в Соединенных Штатах для беспроводного доступа. Пять из них, от 2,15 ГГц до 2,68 ГГц, используются в системах MMDS. Лицензии на первые две полосы были выданы в 70-х годах на вещание 6-мегагерцовых телевизионных каналов, или, как тогда говорилось, на многоточечные распределительные услуги (multipoint distribution service — MDS). В 1996 году Федеральная комиссия по средствам связи США увеличила долю таких полос до нынешнего уровня и разрешила предоставлять многоканальные услуги, называемые MMDS. Системы MMDS конкурировали с поставщиками телевизионных услуг и обслуживали сельскохозяйственные районы, до которых не доходило широковещательное или кабельное телевидение. По этим причинам MMDS также называют беспроводными кабельными системами.

Многоуровневая перспектива беспроводной связи и распределительных систем

Рисунок 3.13. Многоуровневая перспектива беспроводной связи и распределительных систем

На настоящий момент больше других преуспела группа 802.16.1, работа которой, по-видимому, вызовет наиболее живой интерес в отрасли, так как касается определения доступных полос частот для систем LMDS. В этом разделе будет представлен обзор архитектуры и услуг стандарта 802.16, а затем более подробно рассмотрена спецификация стандарта 802.16.1.

Нисходящая передача

В нисходящем направлении стандартом определено два режима работы: один для передачи непрерывного потока (режим А), такого, как аудио- или видеоданные, а другой — для передачи отдельных пакетов (режим В), таких, как трафик на основе протокола IP.

Для доступа к каналу в режиме передачи непрерывного потока используется простая схема TDM. Для распределения пропускной способности между восходящей и нисходящей нагрузкой используется дуплекс с частотным разделением каналов (FDD). Схема FDD означает, что для передачи данных в разных направлениях используются разные полосы частот. Эта схема эквивалентна схеме FAMA-FDMA (множественный доступ с фиксированным распределением; множественный доступ с частотным разделением). Для FDD предполагается, что все абоненты могут одновременно передавать и принимать данные, каждый на собственной частоте.

В режиме передачи пакетов для доступа к каналу используется схема DAMA-TDMA. Для разделения нагрузки между восходящим и нисходящим потоками можно использовать три альтернативные схемы.

• FDD с адаптивной модуляцией. Это та же схема FDD, что используется для передачи восходящего потока, но дополненная механизмами динамического регулирования пропускной способности для изменения модуляции и прямого исправления ошибок.

• Дуплекс с разделением каналов методом сдвига частоты (FSDD). Эта схема похожа на FDD, только не все абоненты могут передавать и принимать сигналы одновременно.

• Дуплекс с временным разделением каналов (TDD). Используется кадр TDMA, одна часть слотов в котором вы. делена для передачи восходящего потока, а другая — для передачи нисходящего потока.

Наличие этих альтернативных схем обеспечивает значительную гибкость при проектировании системы, что позволяет оптимизировать использование пропускной способности.

Назад Вперед

Обычное и дифференциальное квантование

Рисунок 3.4 - Обычное и дифференциальное квантование

В то же время, если передавать только значения разностей между текущими и непосредственно предшествующими им выборками (для чего потребуется меньшее число битов), существует опасность постепенного нарастания отклонения выходных данных приемника от истинных значений. Если значение разности двух выборок превысит значение, которое можно представить с помощью передаваемых битов, приемник не сможет правильно воспроизвести входные данные и не сможет впоследствии исправить ошибку. Для решения этой проблемы передатчик должен не только передавать значения разностей, но также дублировать декодирующую функцию, которая будет использоваться приемником. Тогда кодер будет выдавать разность между текущей выборкой и той выборкой, которая, по сведениям кодера, подучена на приемнике при предыдущей передаче. В результате кодер будет инструктировать декодер, как вносить изменения в уже полученные выходные данные и таким образом автоматически производить коррекцию.

Дифференциальная РСМ

Описанная выше схема основана на предположении о том, что значения разностей будут меньшими, чем абсолютные значения выборок. Еще большую выгоду можно извлечь, если предположить, что голосовые сигналы изменяются относительно медленно, поэтому можно довольно точно оценить или предсказать значение k-й выборки m(k) на основе значений предыдущих выборок. Для оценки k-й выборки, m'(k) , нужно будет передать разность d(k) — m(k) - m'(k) . Если использовать достаточно точную оценочную функцию, то эта разность будет меньше разности значений двух последовательных выборок. На приемнике, где используется та же оценочная функция, входящее значение разности будет добавлено к оценке предыдущей выборки и таким образом будет оценена текущая выборка. Этот принцип положен в основу дифференциальной импульсно-кодовой модуляции (DPCM). Отметим, что простая разностная схема, описанная в предыдущем параграфе, является всего лишь частным случаем DPCM, в котором для оценки выбрана функция m'(k) = m(k - 1).

На Рисунок 3.15, а показана блок-схема передатчика. Чтобы понять, что представляет собой эта диаграмма, рассмотрим подробно все ее составляющие. На вход передатчика подается голосовой сигнал g(r). Сначала из сигнала извлекается аналоговая выборка m(k), представляющая собой выборку амплитудно-импульсной модуляции (РАМ). Уже на этом этапе начинаются трудности. Казалось бы, ничто не мешает построить оценочное значение m'(k) , найти разность и передать значение этой разности. Однако принимающая сторона вместо предыдущих аналоговых выборок m(k - 1), m(k - 2) и т.д., которые находились на передатчике, будет располагать последовательностью квантованных разностей, на основе которых можно воссоздать только квантованную выборку mq(k). Поэтому на приемнике воссоздать m'(k) не удастся, а можно будет, основываясь на значениях предыдущих квантованных выборок mq(k - 1), mq(k - 2) и т.д., определить только m'q(k) , оценку квантованной выборки mq(k). Если передатчик будет основывать предсказания на значениях m(k), а приемник — на значениях mq(k), то выборка на приемнике будет восстановлена неправильно. Передатчик должен, как и приемник, определять значения mq(k) и передавать разность d(k) = m(k) - m'q(k) . Тогда приемник на основе полученных разностей d(k) сможет правильно восстановить выборку mq(k).

Ортогональное уплотнение с частотным разделением

В ортогональной схеме FDM (OFDM), именуемой также модуляцией с множественными несущими, используется несколько несущих сигналов с разными частотами, посредством каждого из которых отправляется некоторое количество битов. Схема напоминает уплотнение FDM, однако в схеме OFDM все подканалы предоставлены единственному источнику данных.

На Рисунок 3.12 показана схема OFDM. Предположим, имеется поток данных со скоростью R бит/с и доступной полосой N?f, центрированной на частоте f0. Для отправки потока данных можно использовать полосу частот целиком, и в таком случае время передачи одного бита будет равно 1/R. Кроме того, можно разделить поток данных на N подпотоков с помощью преобразователя последовательного потока в параллельный. Тогда каждый подпоток данных будет иметь скорость передачи R/N бит/с и будет передаваться на собственной несущей частоте, причем расстояние между смежными (несущими частотами будет равно Д/. Теперь время передачи бита будет составлять N/R.

Рисунок 3.12 - Ортогональное уплотнение с частотным разделением

Схема OFDM имеет несколько преимуществ. Во-первых, селективному замиранию будут подвержены только некоторые подканалы, а не весь сиг-вал. Если поток данных защищен кодом прямого исправления ошибок, то с этим замиранием легко бороться. Но что более важно, OFDM позволяет подавить межсимвольную интерференцию (ISI) во многолучевой среде. ISI оказывает значительное влияние при высоких скоростях передачи данных, так как расстояние между битами (или символами) является малым. В схеме OFDM скорость передачи данных уменьшается в N раз, что позволяет увеличить время передачи символа в N раз. Таким образом, если время передачи символа для исходного потока составляет Ts, то период сигнала OFDM будет равен NTs. Это позволяет существенно снизить влияние межсимвольных помех. При проектировании системы N выбирается таким образом, чтобы величина NTs, значительно превышала среднеквадратичный разброс задержек канала.

Как видно из предыдущих рассуждений, при использовании схемы OFDM можно обойтись без эквалайзеров. Напомним, что эквалайзеры представляют собой сложные устройства, причем их сложность возрастает с увеличением количества символов, на которых приходится ISI.

Чаще всего со схемой OFDM используется модуляция QPSK (quadrature phase-shift keying — квадратурная фазовая манипуляция). В рассматриваемом случае каждый передаваемый символ представляет два бита. Вариант схемы OFDM/QPSK, используемой в системе MMDS, занимает полосу 6 МГц, имеет 512 отдельных несущих частот, причем расстояние между соседними несущими немного меньше 12 кГц. Для минимизации меже м-вольных помех данные передаются в пакетах, причем каждый пакет включает циклический префикс, за которым следуют символы данных. Циклический префикс используется для сглаживания переходов между соседними пакетами, обусловленных многолучевыми эффектами. Для рассматриваемой системы префикс состоит из 64 символов, за которыми в каждом пакете следуют 512 символов QPSK. Таким образом, в каждом подканале символы QPSK разделены префиксом длительностью 64/512 от длительности пакета. В общем случае, к моменту окончания префикса сигнал, полученный путем комбинирования сигналов, пришедших по различным трактам, не зависит от выборок предыдущих пакетов. Значит, в таком сигнале межсимвольная интерференция отсутствует.

Передача данных с помощью дуплекса с временным разделением

Рисунок 3.1 - Передача данных с помощью дуплекса с временным разделением

На Рисунок 3.1 показана хронологическая схема передачи. Право передачи данных периодически переходит от одной стороны к другой. При этом каждая сторона отправляет блоки некоторой фиксированной длины, передача которых занимает время Тb (линейная функция числа битов в блоке). Для распространения сигнала от передатчика к приемнику требуется время Тр (линейная функция расстояния между передатчиком и приемником). Наконец, для обращения канала введено защитное время Ts. Таким образом, время, требуемое для отправки одного блока, равно (Тр + Тb + Tg). Кроме того, поскольку две стороны должны передавать данные по очереди, скорость передачи блоков любой стороной можно записать как 1/2(Тр + Тb+ Tg). Эту величину можно связать с эффективной скоростью передачи данных, R, с которой ведут свои передачи обе стороны. Пусть размер блока равен В бит, а требуемое значение скорости передачи равно R бит/с. Тогда эффективное число битов, передаваемых в секунду, будет

R = B/2(Тр + Тb + Tg).

Реальную скорость передачи данных в среде, А, легко записать как

А = В/Тb.

Из двух последних формул получаем

Передатчик и приемник DPCM

Рисунок 3.5 - Передатчик и приемник DPCM

Осталось только показать, что схема, изображенная на Рисунок 3.5, а, воспроизводит нужные значения квантованных разностей. На выходе предсказателя определяется значение mq(k) , которое является предсказанным значением выборки m(k). Затем берется разность

d(k) = m(k)-m'q(k).

Далее, полученная разность квантуется, чтобы получить значение квантованной разности dq(k), которое можно представить следующим образом:

dq(k) = d(k)-e(k)

где e(k) представляет собой ошибку квантования, получающуюся вследствие аппроксимации аналоговой величины d(k) цифровой величиной dq(k). Таким образом, входные данные предсказателя состоят из квантованных разностей и выходных данных предыдущего предсказания:

mq(k) = m'q(k) +dq(k) = [m(k) - d(k)] + [d(k) + q (k)] = m(k) + q(k).

Видно, что mq(k) является квантованным аналогом m(k). Таким образом, как и было задумано, на вход предсказателя подаются значения mq(k), необходимые для работы приемника. Логика приемника показана на Рисунок 3.5, б. Часть приемника, которая заключена в пунктирную рамку, ничем не отличается от заключенного в пунктирную рамку участка передатчика. На вход этих участков подается одно и то же значение, dq(k), следовательно, на выходе получаются одинаковые значения mq(k). Затем на приемнике выходные данные этого участка пропускаются через фильтр, вследствие чего получается аналоговый сигнал, являющийся приближением исходного аналогового сигнала.

Как правило, предсказатель — это реализованная с использованием регистров сдвига линейная взвешенная сумма предыдущих выборок и задержек, равных интервалу выборки (Рисунок 3.6).

Первая зона Френеля

Рисунок 3.10 - Первая зона Френеля

Было установлено, что если внутри окружности, радиус которой составляет примерно 0,6 радиуса первой зоны Френеля, проведенной вокруг любой точки между двумя трансиверами, нет никаких преград, то затуханием сигнала, обусловленным наличием преград, можно пренебречь. Одной из преград является земля. Следовательно, высота двух антенн должна быть такой, чтобы вдоль тракта не было ни одной точки, расстояние от которой до земли было бы меньше, чем 0,6 радиуса первой зоны Френеля.

Поглощение атмосферным газом (атмосферное

Рисунок 3.11. Поглощение атмосферным газом (атмосферное давление — 1013 мбар; температура — 15°'С; плотность водяного пара — 7,5 г/м3)

Пример. Рассмотрим линию связи длиной 6 км с частотой передачи 25 ГГЦ. -Каковы будут потери в свободном пространстве? Чему будут равны дополнительные потери из-за атмосферного затухания в жаркий сырой день при температуре 30°С и относительной влажности 100% ?

Из уравнения (5.2) находим потери в свободном пространстве: 20 lg(f)+ 20 lg(d) - 147,56 = 136,95 дБ. Дополнительные потери, обусловленные атмосферным затуханием, составляют 6 х 0,44 = 2,64 дБ.

Протоколы IEEE 802 16 в контексте

Рисунок 3.16 - Протоколы IEEE 802.16 в контексте

Работа схемы DECT

На Рисунок 3.3 показана архитектура протокола, который поддерживает операции DECT. На физическом уровне данные передаются в кадрах TDD- TDMA (см. Рисунок 3.2) на одной из 10 несущих радиочастот. Схема модуляции — гауссова FSK с номинальным отклонением 288 кГц. По сути, это та же схема GMSK, что используется в системе GSM. Скорость передачи данных и ширина полосы частот относятся друг к другу как 2:1, скорость передачи данных — 1,152 Мбит/с.

Распространение сигнала в системах WLL

В большинстве высокоскоростных схем WLL используется диапазон частот, называемый миллиметровым. Хотя четкого определения термина миллиметровая волна нет, как правило, считается, что она имеет частоту не менее 10 ГГц. Т.е. Миллиметровым считается диапазон 10-300 ГГц7. Этот диапазон был выбран для систем WLL по следующим причинам.

Выше частоты 25 ГГц находятся широкие полосы частот, которые практически не используются.
При таких высоких частотах можно использовать широкие каналы, что приводит к увеличению скорости передачи данных.

Можно использовать трансиверы малых размеров и блоки адаптивных антенн.

В то же время миллиметровые системы имеют ряд нежелательных характеристик распространения.

Потери в свободном пространстве растут как квадрат частоты, т.е. в этом диапазоне потери оказываются значительно больше, чем в диапазонах, используемых для обычных микроволновых систем.

2. Для частот ниже 10 ГГц, как правило, можно игнорировать эффекты затухания сигнала, обусловленные осадками и атмосферным или газовым поглощением. При частотах выше 10 ГГц эти эффекты затухания становятся довольно заметными.

3. Существенно возрастают потери вследствие многолучевого распространения. Как отмечалось в главе 5, при падении электромагнитной волны на поверхность, характерные размеры которой значительно превышают длину волны сигнала, происходит отражение. Если размеры препятствия сравнимы с длиной волны или меньше ее, происходит рассеяние, если же волновой фронт попадает на края препятствия, которые велики по сравнению с ; ной волны, то происходит дифракция.

Ввиду перечисленных негативных характеристик системы WLL могут обслуживать только ячейки ограниченного радиуса, который обычно не превышает одного километра. Кроме того, нужно обходить барьеры, встречающиеся на ли-нии прямой видимости, включая листву. Наконец, на диапазон применения и доступность систем WLL влияют осадки и уровень влажности.

Зоны Френеля

Для эффективной связи с помощью миллиметровых волн нужно обеспечить беспрепятственную линию прямой видимости между передатчиком и приемником. Возникает вопрос: сколько же пространства вокруг прямого тракта между передатчиком и приемником должно быть свободно от преград? При ответе на него удобно использовать такое понятие, как зоны Френеля.

Понятие зон Френеля основано на принципе Гюйгенса, согласно которому любой малый элемент пространства на пути электромагнитной волны может рассматриваться как источник вторичных волн, и поле излучения может рассматриваться как суперпозиция всех вторичных волн. На основе этого принципа можно показать, что объекты, лежащие внутри концентрических окружностей, проведенных вокруг линии прямой видимости двух трансиверов, могут влиять на качество связи как положительно, так и отрицательно. Все препятствия, попадающие внутрь первой окружности, первой зоны Френеля, оказывают наиболее негативное влияние.

Рассмотрим точку, находящуюся на прямом тракте между передатчиком и приемником, причем расстояние от точки до передатчика равно S, а расстояние от точки до приемника равно D, т.е. расстояние между передатчиком и приемником равно S + D (Рисунок 3.10). Вычислим радиус первой зоны Френеля в этой точке:

Время установки. Беспроводные системы, как

Рисунок 3.9 - Конфигурация беспроводной абонентской линии связи

• Время установки. Беспроводные системы, как правило, устанавливаются довольно быстро. Время в основном тратится только на получение разрешения на использование полосы частот и на поиск подходящей возвышенности для антенн базовой станции. Если решены эти два вопроса, то установка системы WLL займет малую толику того времени, которое потребовалось бы для установки новой проводной системы.

• Выборочная установка. Радиоустройства устанавливаются только для тех абонентов, которым нужны услуги в настоящее время. При прокладывании кабелей проводной системы, как правило, предполагается, что придется обслуживать всех абонентов в данном районе.

Целесообразность установки абонентских беспроводных линий связи можно оценить, сравнив схему WLL с двумя другими технологиями.

• Проводная схема с использованием проложенного кабеля. Большая часть жителей Земли не имеет телефонов. Многие абоненты телефонных линий либо не имеют доступа к линиям достаточно высокого качества либо находятся слишком далеко от центральной станции, чтобы эффективно использовать xDSL, что не позволяет поддерживать высокоскоростные приложения. Кроме того, многие абоненты не имеют кабельного телевидения либо поставщики не могут обеспечить услуг двусторонней передачи данных. Наконец, по стоимости линии WLL вполне способны конкурировать с проводными схемами. Поэтому при установке новой системы приходится призадуматься, какую из схем выбрать: проводную или беспроводную.

• Мобильные сотовые технологии. Современные сотовые системы слишком дороги и слишком ограничены в средствах, чтобы представлять собой реальную альтернативу линиям WLL. Даже тогда, когда станут доступны сотовые системы третьего поколения, они, скорее всего, будут более дорогими и менее функциональными, чем широкополосные системы WLL. Основным преимуществом систем WLL перед мобильными сотовыми системами является то, что абонентское устройство стационарно, поэтому абонентская антенна направляется на антенну базовой станции и обеспечивает максимально возможное качество передачи в обоих направлениях.

В США Федеральная комиссия по средствам связи выделила для коммерческих стационарных беспроводных услуг 15 полос частот, находящихся в диапазоне 2-40 ГГц. В других странах выделены подобные полосы частот. Следует отметить, что эти частоты значительно выше тех, что используются для сотовых систем. На этих частотах, которые часто называют миллиметровыми, характеристики распространения сигналов существенно отличаются от характеристик мегагерцевого диапазона. Далее будут проанализированы характеристики распространения сигналов, а затем представлена технология, используемая во множестве систем WLL и известная как ортогональное FDM (OFDM). В заключение будут рассмотрены два наиболее интересных подхода к приложениям WLL: локальные многоточечные распределительные услуги (LMDS) и многоканальные многоточечные распределительные услуги (MMDS).

Схема линейного предсказателя

Рисунок 3.6 - Схема линейного предсказателя

Адаптивная дифференциальная РСМ

Производительность схемы DPCM можно повысить, если использовать адаптивные методы предсказания и квантования, которые позволят предсказателю и устройству квантования адаптироваться к изменяющимся характеристикам кодируемой речи. В этом разделе описывается схема ADPCM, стандартизованная ITU-T в Рекомендации G.7265, которая используется в системах DECT и во многих абонентских линиях связи.

На Рисунок 3.7 показана базовая логика ADPCM. Передатчик преобразует поток оцифрованной речи со скоростью 64 Кбит/с в сжатый поток со скоростью 32 Кбит/с. Общая блок-схема аналогична схеме, приведенной для модуляции DPCM. В этом случае адаптивный предсказатель использует не только значения своих предыдущих выходных данных, но и значения предыдущих квантованных разностей. В предсказателе и в устройстве квантования параметры алгоритмов регулируются динамически, в зависимости от статистических свойств предыдущих выборок. Как и при использовании схемы DPCM, ядро декодера — копия части логики кодера.

СТАНДАРТ IEEE

IEEE

Субъективное качество речи для различных кодеров

Рисунок 3.8 - Субъективное качество речи для различных кодеров

Параметры систем DECT и PWT

Таблица 3.1 Параметры систем DECT и PWT

	DECT	PWT
Ширина полосы частот	20 МГц	20 МГц
Полоса частот	от 1,88 до 1,9 ГГц	от 1,91 до 1,92 ГГц
Схема доступа	TDD/TDMA/FDMA	TDD/TDMA/FDMA
Ширина несущей полосы частот	1,728 МГц	1,25 МГц
Количество несущих	10	8
Количество каналов на одну несущую	12	12
Общее количество каналов	120	120
Переключение	Возможно	Возможно
Скорость передачи данных	1,152 Мбит/с	1,152 Мбит/с
Скорость передачи речи	32 Кбит/с	32 Кбит/с
Схема кодирования речи	ADPCM	ADPCM
Схема модуляции	Гауссова FSK	?/4 DQPSK
Максимальная выходная мощность	250 мВт	90 мВт
Средняя выходная мощность	10 мВт	10 мВт
Максимальный радиус ячейки	30-100 м	30-100 м

Логические каналы DECT

Таблица 3.2 Логические каналы DECT

Канал	Скорость передачи данных, Кбит/с	Назначение
Передача от базы	Передача от терминала
IN	2	2	Незащищенная пользовательская информация (телефон)
IP	Переменная	Переменная	Защищенная пользовательская информация (данные)
C	0-2	0-2	Управление соединением
M	0-2	0-2	Управление физическим уровнем
N	0,25-3,75	2-4	Квитирование
P	0-1,5	0	Избирательное обращение
Q	0,25	0	Системная информация

Канал Q используется для широковещательной передачи общей системной информации от базовой станции всем терминалам. Информация канала Q содержится в одном кадре 16-кадрового мультикадра. Поэтому скорость передачи битов в канале Q составляет 40 бит за 160 мс, или 250 бит/с. Канал Р обеспечивает передачу сообщений от базовой станции к некоторым терминалам. Так же, как и в сотовой системе, избирательное сообщение служит для извещения определенного пользователя о входящем звонке. Канал Р может занимать до 6 кадров мультикадра, что дает максимальную скорость передачи 1,5 Кбит/с. В ответ на избирательное сообщение или во время переключения терминалы используют двусторонний канал М, служащий для обмена с базовой станцией сообщениями, касающимися управления доступом к среде. Эти сообщения позволяют координировать распределение нагрузки и переключение в канале. Для сообщений канала М могут использоваться до 8 кадров мультикадра в каждом направлении, или половина пропускной способности поля А. Если соединение уже установлено, канал N предоставляет протокол квитирования. Базовая станция передает идентификационный код в прямом канале, а терминалы отражают этот код в соответствующих обратных N-каналах. Это позволяет обеим сторонам обнаруживать сильные сигналы, прибывающие из интерферирующих источников по одному и тому же физическому каналу. Канал N использует от 1 до 15 из 16 кадров в прямом мультикадре, в зависимости от потребностей каналов М, С и Р. В обратном направлении канал N занимает от 8 до 16 кадров каждого мультикадра, в зависимости от потребностей каналов М и С. Наконец, канал С предоставляет возможность управления активным соединением и может занимать до 8 кадров мультикадра в каждом направлении.

Поле В

Данные в поле В передаются в одном из двух режимов. Незащищенный режим используется для передачи оцифрованной речи. Скорость передачи данных в каждом канале каждого направления равна примерно 320 бит за 10 мс (32 Кбит/с). Следовательно, можно использовать только такую схему кодирования речи, которая соответствует скорости 32 Кбит/с (см. последующее обсуждение).

В защищенном режиме передаются неголосовые данные. В этом случае поле В разбито на четыре блока по 64 бит, причем каждый блок защищен 16-битовым полем CRC. Отметим, что коррекция ошибок не производится, выполняется только их обнаружение. Восстановление данных, в которых обнаружены ошибки, происходит на более высоком уровне с использованием протокола ARQ (см. раздел 8.4). В защищенном режиме достигается скорость передачи данных до 25,6 Кбит/с для канала, который занимает один слот кадра. Схема DECT позволяет динамически распределять слоты между логическими каналами в обоих направлениях, так что указанная величина — это базовая скорость передачи данных.

Нормированные характеристики входа/выхода устройства квантования ADPCM

Таблица 3.3 Нормированные характеристики входа/выхода устройства квантования ADPCM

Диапазон нормированных входных значений АЦП, log2\|d(k)\| - y(k)	Выход адаптивного АЦП, I(k)	Выход обратного адаптивного АЦП, dq(k)
[3,12; + ?)	7	3,32
[2,72; 3,12)	6	2,91
[2,34; 2,72)	5	2,53
[1,91; 2,34)	4	2,13
[1,38; 1,91)	3	1,66
[0,62; 1,38)	2	1,05
[-0,98; 0,62)	1	0,031
(- ?; -0,98)	0	- ?

На вход обратного адаптивного АЦП подается 4-битовый сигнал I(k), а на выходе получается разностный сигнал dq(k), который затем используется в качестве входного сигнала для адаптивного предсказателя. Это отображение представлено во втором и третьем столбцах табл. 3.3.

Адаптивный предсказатель имеет структуру линейного предсказателя (см. Рисунок 3.6), который, впрочем, сложнее, чем предсказатель схемы DPCM. Предсказатель для схемы ADPCM является комбинацией рекурсивного фильтра второго порядка и нерекурсивного фильтра шестого порядка, что можно представить следующим уравнением:

Усредненная оценка разборчивости речи (MOS)

Таблица 3.4 Усредненная оценка разборчивости речи (MOS)

Оценка	Качество	Недостатки
5	Отличное	Незначительные
4	Хорошее	(Еле) ощутимые, но не раздражающие
3	Достаточное	(Ощутимые и) слегка раздражающие
2	Плохое	Раздражающие (но не неприемлемые
1	Неудовлетворительное	Очень раздражающие (неприемлемые)

Альтернативные поставщики доступа конечным пользователям

Таблица 3.5 Альтернативные поставщики доступа конечным пользователям

Объект	Технология	Приложение
Услуги телефонии	Широковещание	Компьютерные приложения
Общественная телефонная сеть	Витая пара, ISDN, xDSL	Одна и две линии	Видео по заказу	Высокоскоростной асимметричный доступ
Поставщик кабельных услуг	Коаксиальный кабель	Одна и две линии	50 и более каналов	Высокоскоростной асимметричный доступ
Поставщик услуг сотовой связи	Сотовая и бесшнуровая связь	Одна линия	Не предлагается	Возможна поддержка мобильности
Поставщик услуг сотовой связи третьего поколения	Сотовая связь	Одна линия	Не предлагается	Высокоскоростной асимметричный доступ
Оператор узкополосных линий WLL	Беспроводная связь	Две линии	Не предлагается	Доступ к линии 64 Кбит/с
Оператор широкополосных линий WLL	Беспроводная связь	Предлагаются	50 и более каналов	Высокоскоростной асимметричный доступ
Компания наземного вещания	Аналоговое и цифровое телевидение	Не предлагаются	5-10 каналов	Небольшие возможности загрузки
Компания спутникового вещания	Аналоговое и цифровое телевидение	Не предлагаются	50 и более каналов	Не предлагаются

После обзора беспроводных абонентских линий связи будут рассмотрены некоторые технические вопросы и приведены две разновидности линий WLL. Раздел 3.3 посвящен развивающемуся стандарту для линий WLL, известному как IEEE 802.16.

Поглощение сигнала с частотой 28 ГГц чистым воздухом (дБ/км)

Таблица 3.6 Поглощение сигнала с частотой 28 ГГц чистым воздухом (дБ/км)

	Относительная влажность
0 %	50 %	100 %
Температура, 0С	00	0,02	0,05	0,08
100	0,02	0,08	0,14
200	0,02	0,12	0,25
300	0,02	0,20	0,44
400	0,01	0,33	0,79

Коэффициенты для оценки поглощения вследствие дождя

Таблица 3.7 Коэффициенты для оценки поглощения вследствие дождя

Частота, ГГц	ah	av	bh	bv
1	0,0000387	0,0000352	0,912	0,880
2	0,000154	0,000138	0,963	0,923
6	0,00175	0,00155	1,308	1,265
10	0,0101	0,00887	1,276	1,264
20	0,0751	0,0691	1,099	1,065
30	0,187	0,167	1,021	1,000
40	0,350	0,310	0,939	0,929
50	0,536	0,479	0,873	0,868

При определенных значениях а и b поглощение зависит от интенсивности дождя, R. Основное беспокойство вызывают те периоды времени, в течение которых интенсивность дождя превышает некоторый порог. Здесь все зависит от климатической зоны. В табл. 3.8, разработанной Международным телекоммуникационным союзом (ITU), Земля разделена на 15 климатических зон в зависимости от выпадения осадков и показаны значения R, которые в течение года превышаются на различные периоды времени. Эту информацию можно использовать для определения доступности канала радиосвязи.

Пример. Для вертикально поляризованной волны с частотой 30 ГГц, распространяющейся в климатической зоне Р, 0,01% времени распространения интенсивность осадков превышает 145 мм/ч. Определим поглощение, которое следует добавить к потерям в свободном пространстве: А= 0,167 х 145 = 24,2 дБ/км.

Превышаемая интенсивность осадков (в мм/ч) для разных регионов

Таблица 3.8. Превышаемая интенсивность осадков (в мм/ч) для разных регионов

	Дождевая климатическая зона
Процент времени, в течение которого превышается указанное значение		A	B	C	D	E	F	G	H	J	K	L	M	N	P	Q
1	0,1	0,5		2,1	0,6	2	3	2	8	1,5	2	4	5	12	24
0,3	0,8	2	13	4,5	2,4	5	7	4	13	4,2	7	11	15	34	49
0,1	2	8	5	8	6	8	12	10	20	12	15	22	35	64	72
0,01	8	12	15	19	22	28	30	32	35	42	60	63	95	145	115

Полосы стационарной

Таблица 3.9. Полосы стационарной беспроводной связи, выделенные федеральной комиссией по средствам связи США

Частота, ГГц	Использование
2,1500-2,1620	Лицензируемые услуги MDS и MMDS; две полосы по 6 МГц каждая
2,4000-2,4835	Нелицензируемые услуги ISM
2,5960-2,6440	Лицензируемые услуги MMDS; восемь полос по 6 МГц каждая
2,6500-2,6560	Лицензируемые услуги MMDS
2,6620-2,6680	Лицензируемые услуги MMDS
2,6740-2,6800	Лицензируемые услуги MMDS
5,7250-5,8750	Нелицензируемые услуги ISM-UNII
24,000-24,250	Нелицензируемые услуги ISM
24,250-25,250	Лицензируемые услуги
27,500-28,350	Лицензируемые услуги LMDS (Блок А)
29,100-29,250	Лицензируемые услуги LMDS (Блок А)
31,000-31,075	Лицензируемые услуги LMDS (Блок Б)
31,075-31,225	Лицензируемые услуги LMDS (Блок А)
31,225-31,300	Лицензируемые услуги LMDS (Блок Б)
38,600-40,000	Лицензируемые услуги LMDS

Передаваемая мощность, разрешенная Федеральной комиссией по средствам связи, позволяет базовой станции MMDS обслуживать зону радиусом 50 км, однако абонентские антенны должны находиться на линии прямой видимости. Систему MMDS можно использовать для поддержки двусторонних услуг; в других странах система MMDS используется также для организации двустороннего доступа. Таким образом, MMDS представляет собой альтернативу широкополосным службам обмена данными, таким, как доступ к Internet.

В отличие от систем LMDS, которые будут рассмотрены ниже, основным недостатком систем MMDS является то, что они работают на более низких частотах и могут предложить гораздо меньшую ширину полосы частот, чем системы LMDS. Даже при использовании современных технологий один канал MMDS может обеспечить в восходящем направлении (от абонента к базовой станции) скорость передачи данных 27 Мбит/с. Т.е. для отдельных абонентов скорость передачи данных будет лежать в Диапазоне от 300 Кбит/с до 3 Мбит/с. Предоставить более высокие скорости передачи данных или поддерживать больше пользователей в восходящем направлении может позволить внедрение ортогонального FDM. И все же, скорее всего, из-за меньшей ширины полосы, системы MMDS будут использоваться в основном абонентами в жилых домах и в небольших компаниях, тогда как системы LMDS окажутся более привлекательными для компаний побольше, нуждающихся в полосах частот большей ширины.

Перечислим преимущества систем MMDS перед системами LMDS.

1. У сигналов MMDS больше длина волны (более 10 см), и они могут распространяться на большие расстояния без существенного снижения мощности Следовательно, системы MMDS могут работать в значительно больших ячейках, что позволяет снизить затраты на оборудование для дополнительных базовых станций.

2. Оборудование для работы на более низких частотах стоит дешевле, что выгодно как для абонента, так и для владельца базовой стации.

3. Сигналы MMDS труднее блокировать объектами, и они не так подвержены поглощению осадками.

IEEE 802 16 1 Радиоинтерфейс для полосы 1066 ГГц

Таблица 3.10. IEEE 802.16.1. Радиоинтерфейс для полосы 10-66 ГГц

Область деятельности

Стандарт определяет физический уровень и уровень управления доступом к среде радиоинтерфейса точечно-многоточечных систем, способных к взаимодействию и имеющих стационарный широкополосный беспроводный доступ. Спецификация позволяет передавать данные, видео и речь. Стандарт применяется к системам, действующим на частотах порядка 30 ГГц, а также к системам, работающим на частотах 10-66 ГГц.

Цель

Проект призван содействовать быстрому внедрению инновационных, рентабельных продуктов с широкополосным беспроводным доступом, обеспечивая возможность взаимодействия продуктов от разных производителей. Предоставляя альтернативы проводному широкополосному доступу, проект будет стимулировать конкуренцию в сфере предоставления широкополосного доступа. Кроме того, проект будет стимулировать изучение сосуществования систем, поощрять глобальное регулирование и содействовать ускорению коммерциализации спектра беспроводных систем с широкополосным доступом.

IEEE 802 16 2 Сосуществование систем с широкополосным беспроводным доступом

Таблица 3.11. IEEE 802.16.2. Сосуществование систем с широкополосным беспроводным доступом

Область деятельности

В рамках этого проекта разрабатываются рекомендованные правила проектирования и координирования систем с широкополосным беспроводным доступом (BWA). Эти правила минимизируют интерференцию, а также максимизируют производительность системы а качество предоставляемых услуг. Правила должны обеспечить сосуществование систем посредством использования частотного и пространственного разделения и будут охватывать три сферы. Во-первых, через излучаемую мощность, спектральные маски и диаграммы направленности антенн будут установлены рекомендуемые границы внутриполосного и внеполосного излучения передатчиков систем BWA. Во-вторых, будут определены рекомендуемые значения допустимых параметров приемника, включая понижение уровня шума и блокирование пропускной способности, которое возникает вследствие интерференции с другими системами BWA, а также с другими наземными или спутниковыми системами. В-третьих, будут предоставлены параметры согласования, включая схемы распределения частот, расстояния разнесения и пределы плотности потока мощности, что обеспечит успешное внедрение систем BWA с допустимой интерференцией. В область деятельности стандарта попадает интерференция систем с одинаковой полосой частот, систем, внедренных в одной географической области на разных полосах частот (включая различные системы, внедренные одним владельцем лицензии в подполосах частот, определенных в лицензии). В область деятельности стандарта не входят проблемы сосуществования, вызванные внутрисистемным многократным использованием частот в пределах полосы частот, указанной в лицензии оператора, и не будет рассматриваться влияние интерференции систем BWA с наземными или спутниковыми не BWA-системами.

Цель

Целью рекомендуемых правил является обеспечение условий сосуществования владельцев лицензий, поставщиков услуг, групп внедрения и системотехнических предприятий. Параметры оборудования, определенные в этих правилах, помогут производителям оборудования и комплектующих, а также промышленным ассоциациям действовать в едином русле. Польза разрабатываемых правил заключается в следующем.
• Будет обеспечено сосуществование различных систем с надежной гарантией того, что будут удовлетворены требования к производительности систем.
• Будет минимальной потребность в изучении случайной интерференции и координации действий операторов для решения проблем интерференции.
• Будет обеспечена благоприятная электромагнитная среда для внедрения и работы систем BWA, включая будущие системы, удовлетворяющие стандарту 802.16.
• Будут оптимизированы покрытие зоны обслуживания и использование спектра.
• Системы будут внедрены максимально экономно.

IEEE 802 16 3 Радиоинтерфейс для лицензируемых частот 211 ГГц

Таблица 3.12. IEEE 802.16.3. Радиоинтерфейс для лицензируемых частот 2-11 ГГц

Область деятельности

Стандарт определяет физический уровень и уровень управления доступом к среде радиоинтерфейса точечно-многоточечных систем, способных к взаимодействию и имеющих стационарный широкополосный беспроводный доступ (например, систем, поддерживающих скорости передачи данных DS1/E1 и выше). Спецификация позволяет передавать данные, видео и речь с определенным качеством в лицензируемых полосах частот, выделенных для доступа к общественной сети. Спецификация применяется к системам, действующим на частотах 2-11 ГГц.

Цель

Проект призван содействовать быстрому внедрению инновационных, рентабельных продуктов с широкополосным беспроводным доступом, обеспечивая возможность взаимодействия продуктов разных производителей. Предоставляя альтернативы проводному широкополосному доступу, проект будет стимулировать конкуренцию в сфере предоставления широкополосного доступа. Кроме того, проект будет стимулировать изучение сосуществования систем, поощрять глобально согласованное распределение и содействовать ускорению коммерциализации спектра беспроводных систем с широкополосным доступом. Использование полос частот в диапазоне 2— 11 ГГц охватывает рынок, который включает жилые дома, малые и домашние офисы (SOHO), а также малые и средние предприятия (SME).

Требования IEEE 802 16 1 к услугам и качеству обслуживания

Таблица 3.13 Требования IEEE 802.16.1 к услугам и качеству обслуживания

	Услуги - носитель	Скорость переда-чи полезной нагрузки MAC	Максимальная вероятность ошибки	Максимальная задержка
Основанные на каналах	Высококачественные узкополосные, телефония речевого диапазона (MOS вокодера > 4,0)	32-64 Кбит/с	BER: 10-6	5 мс
Низкокачественные узкополосные, телефония речевого диапазона (MOS во-кодера < 4,0)	6-16 Кбит/с	BER: 10-4	10 мс
Магистраль	< 155 Мбит/с	BER: 10-6	5 мс
Пакеты переменной длины	Срочные услуги передачи пакетов	4-13 Кбит/с (речь) от 32 Кбит/с до 1,5 Мбит/с (видео)	BER: 10-6	10 мс
Несрочные услуги: IP, IPX, ретранс-ляция кадров, непрерывное аудио и видео, групповая передача данных и т.д.	< 155 Мбит/с	BER: 10-8	Не определена
Видео в формате MPEG	< 8 Мбит/с	BER: 10-11	TBD
Ячейки и пакеты фик-сированной длины	Ретрансляция кадров ATM — CBR	От 16 Кбит/с до 155 Мбит/с	CLR: 3x10-8 CER: 10-6 CMR: 1 ошибка в сутки SEBCR:10-4	10 мс
Ретрансляция кадров ATM — rt-VBR	От 16 Кбит/с до 155 Мбит/с	CLR: 10-5 CER: 4x10-6 CMR: 1 ошибка в сутки SEBCR:10-4	10 мс
Ретрансляция кадров ATM — другие услуги	< 155 Мбит/с	CLR: 10-5 CER: 4x10-6 CMR: 1 ошибка в сутки SEBCR:10-4	Не определена

• Основанные на каналах. Эти услуги предоставляют пропускную способность с возможностью коммутации каналов, в которой соединения с абонентами устанавливаются через базовую сеть.

• Пакеты переменной длины. Примерами услуг, в которых используются PDU переменной длины, являются передача пакетов IP и ретрансляция кадров. Еще одним примером является видео в формате MPEG, представляющем собой схему сжатия видеоданных, в которой последовательные блоки цифровой видеоинформации могут иметь разные размеры.

Ячейки и пакеты фиксированной длины. Эта услуга предоставляется системам ATM.

Требования в таблице сгруппированы по трем пунктам. Первая категория — это скорость передачи данных, которую должны поддерживать системы. Вторая — частота появления ошибок. Для большинства услуг установлен верхний предел частоты появления ошибочных битов (bit error ratio — BER). Для систем ATM используются также различные параметры QoS.

Последняя категория — максимальная односторонняя задержка. Для отображения этого параметра в контексте на Рисунок 3.14 показаны три категории задержек, определенных в стандарте 802.16.

• Средняя задержка доступа. Когда трансиверная станция готова к передаче, средняя задержка доступа означает время ожидания станции перед началом передачи.

Задержка передачи. Задержка распространения сигнала от SNI к BNI или от BNI к SNI. В нее входит средняя задержка доступа плюс время обработки сигнала на уровне MAC для подготовки его к передаче (с STS или BTS) и время подготовки к приему на уровне MAC (на BTS или STS).

Сквозная задержка. Суммарная задержка передачи между терминалом в сети абонента и конечной услугой за пределами базовой сети. В нее входит и задержка передачи.

Максимальная односторонняя задержка в табл. 3.13 — это задержка передачи.

Модели физического уровня стандарта

Таблица 3. 15 Модели физического уровня стандарта IEEE 802.16.1

	Восходящий канал связи	Непрерывный нисходящий канал связи (режим А)	Пакетный нисходящий канал связи (режим В)
Схема доступа	DAMA-TDMA	TDM	DAMA-TDMA
Схема дуплексной передачи	Согласовывается с нисходящим каналом	FDD	FDD с адаптивной модуляцией; FSDD; TDD

Управляющие сообщения MAC

В стандарте IEEE 802.16.1 определено несколько типов управляющих сообщений, которые могут использоваться базовой станцией и абонентом для управления радиоинтерфейсом и обменом данными по различным соединениям. Сообщения используются для обмена рабочими параметрами и информацией, относящейся к состоянию или шифрованию, а также для управления пропускной способностью. Ниже кратко описаны все типы управляющих сообщений, определенные в настоящее время.

Дескриптор восходящего и нисходящего каналов. Передает характеристики физического канала.

• Определение доступа к восходящему и нисходящему каналам. Предослляет доступ к восходящему и нисходящему каналам.

• Зондирующий запрос и ответ на запрос. Запрос используется абонентом ддя определения задержки сети и для запроса регулирования мощности и/или модуляции. Ответ базовой станции содержит запрашиваемые параметры.

• Запрос регистрации, ответ на запрос и подтверждение регистрации. Запрос передается абонентом во время инициализации и содержит соответствующие параметры. Базовая станция .посылает ответ на запрос, а абонент для завершения квитирования отправляет подтверждение получения ответа.

• Запрос управления ключом секретности и ответ на запрос. Используется для обмена информацией о ключах шифрования.

• Запрос динамического добавления услуги, ответ и подтверждение. Запрос отправляется абонентом с целью заказа нового потока услуг.

• Запрос динамического изменения услуги, ответ и подтверждение. Запрос отправляется абонентом или базовой станцией с целью динамического изменения параметров существующего потока услуг.

• Запрос динамического удаления услуги, ответ и подтверждение. Запрос отправляется базовой станцией с целью удаления существующего потока услуг.

• Запрос предоставления широковещательного опроса и ответ на запрос. Отправляется абонентом с просьбой включить его в группу широковещательного опроса.

• Запрос типа предоставления права передачи по нисходящему каналу. Отправляется базовой станцией абоненту для указания метода модуляции и схемы FEC определенному соединению с целью повышения производительности.

• Подтверждение ARQ. Используется для подтверждения успешного приема одного или нескольких пакетов от однорангового объекта MAC.

Упрощенная схема передатчика и приемника ADPCM

Рисунок 3.7 - Упрощенная схема передатчика и приемника ADPCM

Адаптивное устройство квантования (аналого-цифрового преобразователя — АЦП) в качестве входных данных принимает значение разности d(k) между модулированным сигналом s(k) и оценкой этого сигнала sf(k), а на выходе выдает 4-битовый модулированный сигнал ADPCM I(k). Соответствующее отображение значений приведено в первых двух столбцах табл. 3.3. До квантования d(k) представляется в виде логарифма по основанию 2, масштабируется на величину y(k) — множитель адаптации, основанный на скорости изменения сигнала от выборки к выборке. Полученный результат представляется как 4 бит, которые и передаются как сигнал ADPCM.

является ориентированным на соединение.

Таблица 3.14 Требования IEEE 802.16.3 к услугам и качеству обслуживания

Услуга	Максимальная вероятность ошибки	Максимальная задержка (односторонняя)
Телефония высокого качества (MOS вокодера > 4.0)	BER: 10-6	20 мс
Телефония стандартного качества (MOS вокодера < 4.0)	BER: 10-4	40 мс
Срочные услуги передачи пакетов	BER: 10-6	20 мс
Несрочные услуги	BER: 10-9	Не определена

Соединения и поток услуги

Протокол MAC стандарта 802.16. 1 является ориентированным на соединение. Т.е. перед обменом данными между одноранговыми объектами (пользователями MAC) устанавливается логическое соединение. Каждый кадр MAC включает в себя идентификатор соединения, который используется протоколом MAC для доставки поступающих данных нужному пользователю MAC. Кроме того, существует однозначное соответствие между идентификатором соединения и потоком услуги. Поток услуги определяет параметры качества обслуживания (QoS) для модулей PDU, которыми обмениваются сообщающиеся объекты.

Понятие потока услуги является центральным моментом в работе протокола MAC. Потоки услуг предоставляют механизм управления качеством обслуживания в нисходящем и восходящем направлениях. В частности, они являются важной составляющей процесса распределения полосы частот. Базовая станция распределяет полосу частот для передачи в восходящем и нисходящем направлениях на основании потоков услуг для каждого активного соединения. Примерами параметров потоков услуг являются время ожидания (максимально допустимая задержка), дрожание (максимально допустимая вариация задержки) и пропускная способность (минимальная приемлемая скорость передачи битов).

разрабатывался для поддержки следующих

Услуги IEEE 802.16.3

Стандарт IEEE 802.16. 3 разрабатывался для поддержки следующих услуг-носителей.

• Передача речи. Основанные на передаче пакетов (в противоположность коммутации каналов) услуги, эквивалентные предлагаемым общественной коммутируемой телефонной сетью.

• Передача данных. Поддержка трафика, основанного на протоколе IP, включая определяемые IP требования к качеству обслуживания.

ЛВС с соединением через мосты. Услуга подобна предыдущей и позволяют передавать данные между двумя ЛВС с коммутацией на уровне MAC.

Цифровой эквивалент перечисленных требований дан в табл. 3.14.

Услуги Требования предъявляемые

Протокол IEEE 802.16.1 разработан для поддержки следующих услуг-носителей.

• Многоадресная передача цифрового аудио и видео. Односторонняя передача потоков цифровых аудио- и видеосигналов абонентам. Главным примером этой услуги является радиовещание и передача видеоданных, подобная цифровому кабельному телевещанию и цифровому спутникрвому телевидению. Частным случаем этой услуги является двустороннее видео, подобное телеконференциям. В таких случаях задержка неприемлема, так как здесь важно обеспечить интерактивность соединения.

• Цифровая телефония. Поддержка разделенных цифровых телефонных потоков. Эта классическая услуга WLL является альтернативой проводному доступу к общественной телефонной сети.

• ATM. Предоставление канала связи, который поддерживает передачу ячеек ATM как части общей сети ATM. Канал связи в стандарте 802.16 должен поддерживать различные услуги QoS, определенные для систем ATM.

• Протокол Internet. Поддержка передачи дейтаграмм IP. Канал связи 802.16 должен предоставлять эффективные своевременные услуги. Кроме того, для сетей, основанных на протоколе IP, в настоящее время определены различные виды услуг и стандарт 802.16 должен поддерживать их все.

• ЛВС с соединением через мосты. Услуга подобна предыдущей и позволяет передавать данные между двумя ЛВС с коммутацией на уровне MAC.

• Магистрали. Реализуется для сотовых или цифровых беспроводных телефонных сетей. Система 802.16 может быть удобным средством предоставления беспроводных каналов связи для беспроводных телефонных базовых станций.

• Ретрансляция кадров. Подобна услуге ATM, но при ретрансляции кадров используются кадры переменной длины, тогда как ячейки ATM имеют фиксированный размер.

Требования, предъявляемые услугами к стандарту 802.16, также можно представить в табличной форме — табл. 3.13 взята непосредственно из документа функциональных требований. Услуги-носители группируются в три обширных категории.

Влияние осадков

Одной из самых серьезных проблем при распространении миллиметровых волн является поглощение, вызванное осадками. Наличие капель дождя может привести к значительному снижению надежности и производительности канала связи, а в периоды сильных дождей может является решающим фактором. Учесть влияние дождя на распространение миллиметровых волн довольно сложно, так как нужно определять форму и размеры капли, частоту падения капель, интенсивность выпадения осадков и т.п. Наиболее распространена формула оценки поглощения вследствие дождя, согласно которой

A = aRb, (3.3)

где поглощение измеряется в децибелах на 1 км, интенсивность дождя измеряется в миллиметрах в час, а параметры а и b зависят от распределения размеров капель и от частоты. Более того, поглощение зависит также от поляризации электромагнитной волны. В табл. 3.7, составленной на основе данных, приведены типичные значения параметров а и b как функций частоты для горизонтально и вертикально поляризованных волн.

Влияние растительности

Часть тракта канала связи WLL может проходить сквозь растительность, по большей части сквозь листву высоких деревьев. В некоторых пригородных областях и в маленьких городах такие преграды, скорее всего, устранить не удастся, даже устанавливая антенны на крышах. Исследование привело к следующим выводам.

1. Наличие деревьев вблизи местоположения абонента может привести к замиранию вследствие многолучевого распространения.

2. Основными многолучевыми эффектами, к которым приводит наличие лиственного покрова, являются дифракция и рассеяние.

3. Измерения, проведенные в садах с периодической структурой, дали такие результаты: поглощение 12-20 дБ на одно дерево для лиственных пород и до 40 дБ для группы из 1-3 хвойных деревьев, когда листва находится внутри 60% первой зоны Френеля.

4. Эффекты многолучевого распространения находятся в сильной зависимости от ветра.

Таким образом, при установке систем WLL для каждого абонента нужно постараться, чтобы в 60% первой зоны Френеля не было листвы. Тем не менее наличие деревьев не делает связь невозможной, оно просто означает, что т обуются некоторые адекватные контрмеры, например применение схем прямого исправления ошибок.