Radiové prostředky v přístupových sítích

Radiové systémy mohou doplňovat kabelové přístupové prostředky tam, kde je to výhodné, nebo se pomocí nich vytváří mobilní sítě s celým portfoliem služeb. Nejekonomičtějšího uplatnění dosahují zejména v těžko přístupných oblastech a v oblastech s řídkým osídlením, kde se nevyplatí budovat kabelové rozvody. Díky rychlosti, se kterou lze radiové prostředky nasadit do provozu, se dají využít přechodně tam, kde zákazník potřebuje připojit ihned.

Základní způsoby dělení radiových prostředků:

Dále můžeme dělit radiové prostředky a sítě podle portfolia poskytovaných služeb (telefonní, datové apod.), používaného kmitočtového pásma, používané modulace, kódování, způsobu sdílení přenosové kapacity (FDM, TDM) a přístupu ke sdíleným prostředkům (FDMA, TDMA, CDMA), dále na veřejné a privátní atd.

Zaměříme se na přehled nejpoužívanějších systémů nahrazujících pevné připojení. Mobilním sítím je věnován zvláštní článek.

Systémy DECT

Perspektivní z radiových systémů pro naši oblast určený pro telefonní služby je standard DECT (Digital European Cordless Telephone), jehož účelem je nahradit kabelové připojení účastníka a zároveň mu umožnit mobilitu v rámci určité omezené oblasti (bezšňůrové telefony). Jedná se o typický úzkopásmový přístupový systém pro realizaci pevného bezdrátového připojení účastníka telefonní sítě WLL (Wireless Local Loop).

Systém využívá 10 nosných frekvencí s rozestupy 2 MHz v pásmu 1,88 až 1,9 GHz modulovaných pomocí GMSK. Celková přenosová rychlost odpovídající jedné nosné dosahuje 1,152 Mbit/s a používá se časového dělení TDMA pomocí 24 časových intervalů. Časové dělení se využívá i pro realizaci duplexního přenosu metodou TDD (Time Division Duplex), takže je k dispozici 12 telefonních okruhů na jedné nosné, což představuje 120 okruhů v celém pásmu. DECT využívá dynamického přidělování kanálů (DCA), což zvyšuje podstatně výkonnost systému.

Radioreléové systémy bod-bod

Náhradou pevného připojení jsou radioreléové systémy bod-bod (point-to-point) určené pro připojení velkých zákazníků a obchodních center. Nejedná se o přístupové systémy v pravém slova smyslu, protože neumožňují pokrytí souvislé oblasti. Účastník je připojen individuálním spojem, zpravidla s konstantní přenosovou rychlostí bez možnosti sdílení pásma.

Spoje na velké vzdálenosti využívají pásem mezi 3,6 až 10,86 GHz. V regionálních sítích se setkáme s pásmy 13, 15, 18, 23, 26, 38 GHz.

Přenosové rychlosti se pohybují od násobků 2 Mbit/s (E1) přes 16x 2 Mbit/s, respektive 34 Mbit/s (E3) až k 155 Mbit/s (STM-1). Pro nižší přenosové rychlosti byl standardizován i tok 52 Mbit/s STM-0 a tzv. subSTM (sSTM) s přenosovými rychlostmi odpovídajícími násobku virtuálního kontejneru VC-12 (Kx 2,3 Mbit/s), které nahradily přenosové rychlosti plesiochronní digitální hierarchie PDH (E1 2 Mbit/s, E2 = 4x E1 8 Mbit/s, E3 = 4x E2 34 Mbit/s).

Širokopásmové systémy bod-mnoho bodů

Radiové přístupové systémy typu point-multipoint označované též LMDS (Local Multipoint Distribution Systems) představují nejperspektivnější řešení pro pevný radiové přístup a alternativu kabelové přístupové sítě pro nově nastupující operátory. Pro systémy, pokrývající z jednoho anténního systému řadu uživatelských terminálů LMDS (local, vyčlenil Evropský telekomunikační institut pro standardy (ETSI, TM4) šířku pásma 24,5 až 29,5 GHz. Navíc se pracuje na projektu širokopásmové přístupové sítě (BRAN) a usiluje se o standardizaci vysoce výkonného vybavení pro radiový přístup, které by bylo připraveno nabídnout bezdrátový širokopásmový přístup podnikům a domácím uživatelům.

Bezdrátové systémy zpravidla při přenosu dat z radiového uzlu na uživatelský terminál používají multiplexní časové dělení (Time Division Multiplexing). Při přenosu dat v opačném směru jsou používány tři druhy přenosu:

• Časově dělený vícenásobný přístup TDMA
• Frekvenčně dělený vícenásobný přístup FDMA
• Kódovaně dělený vícenásobný přístup CDMA

CDMA přenos zjednodušuje plánování frekvence a je výhodnější pro funkci mobilních systémů. Tyto výhody však nevyváží velkou složitost systému tohoto přenosu. FDMA přenos se jeví nejvhodnější pro konstantní nebo pomalou alokaci objemu přenášených dat. Proto je vhodný pro okruhově přepínaný provoz. Nejpoužívanější TDMA přenos zajišťuje velmi rychlou obsluhu a dynamickou alokaci objemu přenášených dat, která je požadavkem pro statické multiplexování při náhlém navýšení toku dat. Pro výhody statistického multiplexování a pružnému přidělování přenosového pásma se aplikuje i na radiovém rozhraní ATM (WATM). Pomocí standardních rozhraní ATM je řešena i návaznost na páteřní síť a ošetřena podpora nabízených služeb s požadovanou kvalitou.

Družicové systémy

Specifickou oblastí jsou systémy družicové komunikace. Nejedná se o přístupové systémy v pravém slova smyslu, protože jejich pokrytí zahrnuje podstatnou část zemského povrchu a vedle mezikontinentálního spojení má význam zejména pro lodní a leteckou dopravu a pokrytí nepřístupných a řídce osídlených oblastí. Konkurencí k jiným systémům přístupu se snaží být aktuální projekty vysokorychlostního připojení systémy nízko letících družic (LEO).

U družicových systémů rozlišujeme dva sektory: pozemní a kosmický. Pozemský sektor tvoří všechny pozemské stanice využívající služby příslušné družice. Kosmický sektor sestává z jediné nebo celé řady spolupracujících družic.

Dále můžeme rozeznat dva základní typy družicových systémů:

• pevnou družicovou službu naleznem zejména u mezikontinentálního spojení. Je analogií k pozemskému radioreleovému spojení. Retranslaci mezi pozemskými stanicemi provádí družice.
• pohyblivá družicová služba (mobilní) zajišťuje spojení jednotlivých uživatelů telekomunikačních služeb prostřednictvím sítě navzájem provázaných družic. Je obdobou pozemských mobilních sítí (tzv. buňkových).

Stanice pevné družicové služby dosahují značných vysílaných výkonů řádově 1 až 10 kW a velkých průměrů antén 10 až 30 m. Kosmický sektor tvoří geostacionární telekomunikační družice, která obíhá na geostacionární oběžné dráze v souladu s rychlostí otáčení země kolem své osy (GEO - Geostacionar Earth Orbit). Tím je zajištěno kontinuální spojení s konstantním natočením antén, protože družice udržuje vzhledem k zemskému povrchu stabilní polohu (výška nad zemí 35 800 km). Velká vzdálenost družice na geostacionární dráze způsobuje zpoždění signálu kolem 0,5 s.

Družicové spojení nachází nejefektivnějšího zhodnocení zejména ve špatně přístupných oblastech s chybějící pozemní infrastrukturou (horské oblasti, ostrovy, apod.). Nicméně rozvoj družicového spojení i mimo tuto oblast podmiňuje zejména rostoucí zájem o mobilní komunikaci a rozpínající se počítačové sítě.

Velice populární v poslední době se stávají systémy pohyblivé družicové služby s družicemi na střední oběžné dráze kolem 10 000 km (MEO - Medium Earth Orbit) a nízké oběžné dráze se střední vzdáleností od země jen kolem 700 km (LEO - Low Earth Orbit). Družice jsou nuceny obíhat daleko větší rychlostí než na geostacionární oběžné dráze a vzhledem k zemskému povrchu se pohybují. K pokrytí určitého území potřebujeme celou soustavu spolupracujících družic (desítky), které si předávají navzájem obsluhu oblastí na zemském povrchu. To vyžaduje složitý řídicí systém pro spolehlivé fungování přenosu.