Распределенные системы indoor systems

Самое активное использование оптического кабеля происходит в телекоммуникационной отрасли. Изначально телефонные компании использовали оптический кабель для  передачи больших объемов голосового трафика между центральными телефонными станциями. С 1980-х годов телефонные компании приступили к развертыванию оптических сетей повсеместно. [3]

 Пропускная  способность оптического кабеля  является его наиболее важной  и значимой характеристикой. Чем  больше полоса пропускания, тем  выше скорость передачи и тем  больше трафик. Медь имеет весьма  ограниченную полосу пропускания  и серьезные ограничения на  длину кабеля, что делает медную  пару менее приемлемой для  передачи высокоскоростных сигналов  на большие расстояния [3].

Преимущества оптоволокна:

• Высокая  помехоустойчивость, нечувствительность  к  внешним  электромагнитным  полям  и  практически  отсутствие  перекрестных  помех  между  отдельными  волокнами,  уложенными  вместе  в  кабель. Передаваемый сигнал по оптоволокну  абсолютно не восприимчив ко внешним электромагнитным воздействиям, таким как электрические и электромагнитные поля, молнии. Без потери сигнала оптоволокно можно прокладывать рядом с силовой проводкой, соблюдая все высокие требования к системам передачи данных.[4]
• Оптический кабель не нуждается в заземлении и гальванических развязках.
• Отсутствие  коротких  замыканий, вследствие  чего  волоконные  световоды  могут быть  использованы  для пересечения опасных зон без боязни  коротких  замыканий, являющихся  причиной  пожара  в зонах с горючими  и легковоспламеняющимися  средами.
• Пропускная способность оптоволокна гораздо выше медного кабеля, что делает оптоволокно более выгодным для использования в системах, требующих высокой скорости передачи данных (видеообработка, телевидение, высоконагруженные системы, системы и узлы передачи данных). [3]
• Невозможность несанкционированного прослушивания. Оптические линии не излучают вокруг себя никакого излучения, поэтому прослушка без непосредственного физического подключения к каналу передачи данных невозможна. Это влечет уменьшение качества и потеря сигнала, что легко обнаруживается.
• Оптоволокно позволяет соединить более удаленные узлы передачи данных без использования повторителей. Максимальное расстояние может составлять 40-50 км и даже более, в зависимости от типа используемого оптического кабеля.[4]
• Основным преимуществом оптики является широкополосность и высокая скорость передачи канала. Сегодня по оптоволокну можно передавать данные со скоростью более 10Гб/сек и сигнал в несколько сотен тысяч каналов.
• Малая  масса  и  габаритные  размеры. Что  уменьшает  стоимость  и  время  прокладки  оптического кабеля.
• Можно  производить  ремонт  оптического  кабеля,  не  выключая  оборудования. [3]
• Потенциально  низкая стоимость. Хотя волоконные  световоды  изготавливаются из  ультра  чистого  стекла, имеющего  примеси меньше  чем несколько  частиц  на  миллион частиц стекла, при массовом  производстве  их  стоимость не  велика. Кроме того,  в производстве  световодов  не  используются  такие дорогостоящие металлы, как медь  и свинец, запасы  которых на  Земле ограничены.  Стоимость же  электрических линий коаксиальных  кабелей и волноводов  постоянно увеличивается как с дефицитом меди, так и с удорожанием энергетических  затрат  на  производство  меди  и алюминия [5].

Типы оптического кабеля

 Одномодовый  оптический кабель имеет очень  маленькую сердцевину как правило 8-10 микрон в диаметре, что позволяет передавать световые сигналы без устройств повторения на расстояния до 80 км, в зависимости от типа оборудования.

В современном  приложении оптические кабели подразделяются на многомодовые (MM) и одномодовые (SM), однако и те и другие базируются на одних и тех же принципах. Передача сигнала по оптическому кабелю возможна благодаря явлению, которое называется полным внутренним отражением. Благодаря этому возможна передача оптического сигнала на высокой скорости на большие расстояния [5].

 Многомодовый оптический кабель может передавать несколько световых волн, он имеет более толстую сердцевину размером около 50 или 62,5 микрон. Из-за дисперсии многомодовый оптический кабель имеет большее затухание[4].

SM(Single-Mode) и MM(Multi-Mode) кабели различаются по своим размерам, что в свою очередь, влияет на проходящий по оптоволокну сигнал. SM кабели используют толщину основного волокна от 8 до 10 микрон, что позволяет передавать только одну длину волны. MM кабели, напротив, используют более толстое основное волокно примерно 50-60 микрон, что позволяет передавать несколько длин волн одновременно. В SM кабелях меньше величина затухания, что дает возможность использовать их на больших расстояниях. MM кабель позволяет передавать больше данных. Т.о. MM кабель обычно используется на небольших расстояниях, там где необходимо передавать данные с большой скоростью, например в системах хранилищ данных[3].

Использование оптических соединений в сотовой  сети.

1. Подключение абонентов с помощью оптоволокна.

Аппаратура для подключения  абонентов с использованием оптического  кабеля получила широкое распространение  в странах Европы и США. Преимущества такого решения очевидны: высокие  надежность, качество передачи, а также  пропускная способность, следовательно, практически не лимитированная скорость по интерфейсу пользователя. К сожалению, данное решение имеет и недостатки. Во-первых, время, необходимое для прокладки кабеля и получения всех необходимых разрешений может быть довольно значительным, что снижает темпы окупаемости капиталовложений. Во-вторых, применение оптоволокна может быть экономически оправданно лишь при подключении большого числа сконцентрированных в одном месте, например в районах массовой застройки или в офисных зданиях, абонентов. В районах, где плотность абонентов невысока, ресурсы оптического кабеля используются лишь на 5 —10%, поэтому экономически выгоднее уплотнить существующую кабельную сеть или использовать радиодоступ. [4]

Сейчас оптоволокно широко применяется вместо многожильных телефонных кабелей на участке между телефонным коммутатором (АТС) и удаленным концентратором, к которому подключаются, например, телефоны, установленные в квартирах  многоэтажного дома или нескольких домов. Аппаратура, реализующая мультиплексирование/демультиплексирование  линий индивидуального подключения  абонентов, получила название Digital Loop Carrier (DLC), что можно перевести как «цифровая система концентрации телефонных линий». Производят такие системы в США, Западной Европе, Азии (AFC, SAT, Siemens и др). Несколько предприятий готовятся к выпуску DLC и в России [5].

По своей архитектуре  оборудование DLC представляет собой  мультиплексор на базе временного разделения каналов с различными пользовательскими  интерфейсами и линейным интерфейсом  для непосредственного подключения  к оптоволокну. Таким образом, обеспечивается объединение множества абонентских  линий в один высокоскоростной цифровой поток, поступающий на АТС (узел сети) по оптическому кабелю.

Набор пользовательских интерфейсов  как правило включает в себя аналоговый абонентский двухпроводной интерфейс (обычный телефонный), аналоговый интерфейс  с сигнализацией Е&М, цифровой интерфейс (V.24 или V.35), интерфейс ISDN. [4]

Станционные интерфейсы предусматривают  подключение к аналоговым АТС (по абонентскому двухпроводному стыку  или интерфейсу Е&М), цифровым АТС (по стыку Е1 с сигнализацией V.51 или стыку ЕЗ с сигнализацией V.52). Естественно, предусматривается и подключение по интерфейсу ISDN и цифровому интерфейсу V.24/V.35 (для подключения к сети передачи данных) [5].

Линейные интерфейсы современной  аппаратуры DLC можно разбить на несколько  групп.

Оптический интерфейс  необходим для непосредственного  подключения к оптическим волокном (линейная скорость обычно в пределах от 34 до 155 Мбит/с). Например, в системе NATEKS 1100Е скорость составляет 49,152 Мбит/с, прием и передача ведутся раздельно  по двум волокнам, длина волны лазерного  излучателя 1310 нм.

Электрический интерфейс  — от Е1 (2 Мбит/с) до ЕЗ (34 Мбит/с) -позволяет подключаться к высокоскоростным сетям, обеспечивающим прозрачную передачу цифровых потоков (например, к сети SDH). Электрический интерфейс также позволяет подключать аппаратуру через тракты HDSL или радиорелейные линии, а на небольших расстояниях (до 1 км по Е1) соединять элементы системы непосредственно [4].

2. Первичные сети.

Первичные сети предназначены для  создания коммутируемой инфраструктуры, на основе которой работают наложенные компьютерные и телефонные сети. Каналы, предоставляемые первичными сетями, обеспечивают высокую пропускную способность  – от 2 Мбит\с до 10 Гбит\с. В первичных сетях может использоваться техника коммутации каналов различного типа: с частотным (FDM), временным (TDM) и волновым (WDM) мультиплексированием[5].

• Существует три поколения технологий первичных сетей.

1. Плезиохронная цифровая иерархия (PDH)
2. Синхронная цифровая иерархия SDH, которой в Америке соответствует стандарт SONET
3. Уплотненное волновое мультиплексирование (DWDM)
4. OTDMLL over DWDM.

Первые две технологии используют для разделения высокоскоростного  канала временное мультиплексирование  и передают данные в цифровой форме. Каждая из технологий поддерживает иерархию скоростей, так что пользователь может выбирать подходящую ему скорость для каналов, с помощью которых он будет строить свою наложенную сеть.

Технология SDH использует более высокие скорости, чем PDH, так что при построении крупных первичных сетей магистраль строится на основе технологии SDH, а сеть доступа – на основе PDH.

Сети DWBN представляют собой последнее достижение в области создания высокоскоростных каналов. Они уже не являются цифровыми, т.к. предоставляют пользователям выделенную волну для передачи информации по оптоволокну, которую те могут задействовать по своему усмотрению – моделировать или кодировать. Эта технология вытесняет сегодня технологию SDH из протяженных магистралей на периферию сетей, превращая ее в сеть доступа.

Три различные технологии коммутации и мультиплексирования  позволяют создать гибкую и масштабируемую первичную сеть, способную обслужить  большое количество компьютерных и  телефонных сетей [3].

Сотовая сеть в  закрытых помещениях. Indoor.

Все более широкое  использование indoor-систем обусловлено  следующими очевидными выгодами для  операторов и владельцев зданий.

Наиболее перспективным  способом организации мульти операторских indoor-систем, получившим широкое распространение в мире, является привлечение для этих целей специализированных интеграторов, обеспечивающих их приобретение, развертывание и последующее обслуживание.

Создание надежного и  качественного беспроводного окружения  в офисах: качественное indoor-покрытие внутри зданий позволяет их владельцам привлекать в качестве арендаторов  высокотехнологичные компании, пользующиеся услугами мобильных офисов и заинтересованные в развитии корпоративного Интернета, организации беспроводного контроля производственных процессов и т.п.

Качественно новый уровень  информационного обслуживания: в  аэропортах, на вокзалах, в торговых центрах и других крупных сооружениях, оборудованных indoor-системами, посетители получают качественно новые услуги информационного обеспечения (информация о прибытии/отлете, заказ билетов, реклама в duty-free и т.п.).

Совмещение беспроводных технологий: современные DAS позволяют  создавать в здании единую широкополосную инфраструктуру, обслуживающую все  существующие системы беспроводного  доступа, включая GSM/EDGE/3G/EV-DO/WLAN/Wi-Fi/paging/PMR.

В результате отпадает необходимость  в параллельном развертывании в  здании каждым из операторов своей  собственной инфраструктуры.

Основные критерии indoor-системы:

Площадь и конфигурация покрытия: нужно ли обеспечить покрытие только в нескольких местах или покрытие должно быть сплошным по всему зданию? Обеспечение покрытия для некоторых подвальных помещений может быть достаточно трудоемким и дорогостоящим.

Поддержка нескольких операторов: должно ли indoor-покрытие поддерживать одну или несколько систем сотовой  связи? Нужно ли владельцу помещения  обеспечивать покрытие для посетителей, пользующихся услугами разных операторов? Ответ на этот вопрос кардинально  влияет на выбор системы.

Масштабируемость: заказчик должен принять решение, потребуется ли ему в будущем расширять indoor-покрытие и увеличивать емкость обслуживания. Indoor-система должна быть, как правило, масштабируемой и обеспечивать предоставление перспективных услуг, отсутствующих на момент развертывания системы.

Интерференция: если в здании находятся чувствительные приборы (например, покрытие организуется в  госпитале), возникают требования по ограничению уровня излучаемой мощности. Устанавливаемая indoor-система должна иметь эффективную систему контроля уровня излучения.

Трудоемкость развертывания системы: в некоторых случаях заказчик может иметь специфические требования по времени инсталляции indoor-системы.

С учетом приведенных выше факторов проектировщик принимает  решение о типе indoor-системы. Наиболее распространенным вариантом при  организации покрытия в небольших  зданиях является установка ретранслятора, к которому по коаксиальным кабелям  подключаются удаленные антенны, образуя  распределенную антенную систему. Для  создания нужной топологии сети используются делители мощности и направленные ответвители. Однако применение коаксиальных кабелей  ограничивает удаление антенн от ретранслятора  до нескольких сотен метров. При  большей площади покрытия приходится размещать ретранслятор, а антенны  подключать по волоконно-оптическим линиям связи, допускающим удаление антенн от источника радиосигналов на расстояние до 6 км. Применение оптических линий  связи требует использования  соответствующих модулей преобразования радиосигналов в оптические и обратно. [10]

Организация покрытия с помощью DAS

Рис. Диаграмма  DAS.

Представляет собой сеть из пространственно разнесенных антенных узлов, соединенных с общим источником через транспортную среду, которая предоставляет беспроводную услугу в географической области или в здании. Как показано на рисунке, идея заключается в разделении передаваемой мощности среди нескольких антенных элементов, разделенных в пространстве таким образом, чтобы обеспечить покрытие на ту же площадь, одной антенны, но с меньшей суммарной мощности и повышения производительности. Одна антенна излучает при высокой мощности (а) заменена на группу маломощных антенн для покрытия той же площади (b).