eng
Выпуск #3/2014
Д. Батлер
Cинхронизация от GPS/ГЛОНАСС и повышение окупаемости инвестиций
Cинхронизация от GPS/ГЛОНАСС и повышение окупаемости инвестиций
Просмотры: 3583
Синхронизация с помощью сигналов GPS/ГЛОНАСС напрямую влияет на итоговые финансовые показатели поставщика услуг беспроводного доступа в Интернет и ускоряет окупаемость инвестиций. Системы с синхронизацией от GPS/ГЛОНАСС более эффективно используют спектр, так как позволяют поставщику услуг беспроводного доступа повторно использовать частоты в пределах зоны обслуживания.
Теги: glonass gps payback period synchronization wireless access беспроводной доступ глонасс инвестиции синхронизация
Поставщики услуг беспроводного доступа в Интернет (провайдеры), использующие для предоставления услуг своим клиентам оборудование широкополосного беспроводного доступа (ШПД), сталкиваются с такими ограничивающими фак-торами, как имеющийся в распоряжении спектр частот и наличие подходящих мест для развертывания точек доступа (ТД). Многие образцы оборудования ШПД неэффективны с точки зрения использования частотного спектра и требуют большого количества ТД для охвата зоны обслуживания. Оборудование ШПД с функцией синхронизации от GPS/ГЛОНАСС гораздо эффективнее использует спектр и требует меньше ТД для охвата той же зоны обслуживания. В результате сети оказываются дешевле с точки зрения затрат на развертывание и способны обслуживать гораздо больше абонентов. Это положительно сказывается на финансовых показателях провайдеров и обес-печивает намного более быструю окупаемость инвестиций.
Чтобы оценить истинные возможности синхронизации от GPS/ГЛОНАСС, читателю необходимо знать некоторые основные понятия, а именно:
средняя по зоне пропускная способность;
ширина полосы частот, приходящаяся на одного пользователя;
переиспользование полосы частот и эффективность использования спектра;
повторное использование частот.
Средняя по зоне пропускная способность
Радиоустройства ШПД поддерживают адаптивную модуляцию. При установлении связи между двумя радиоустройствами используются сложные алгоритмы для выбора схемы модуляции, которая оптимизирует пропускную способность в зависимости от качества тракта связи между этими устройствами. Обычно радиоустройства, расположенные недалеко друг от друга, используют модуляцию более высокого порядка, которая обеспечивает высокую пропускную способность, а удаленные друг от друга радиоустройства – модуляцию низкого порядка, обеспечивающую более низкую пропускную способность. На рис.1 показана очень упрощенная диаграмма развертывания сектора многоточечной связи (PMP, Point-to-MultiPoint), которая иллюстрирует этот принцип.
В зоне обслуживания пропускная способность точки доступа определяется расположением абонентских модулей (АМ). Если все АМ находятся в пределах зоны обслуживания с модуляцией 64-QAM (квадратурная амплитудная модуляция с 64 состояниями), точка доступа обеспечивает пропускную способность 90 Мбит/с. Если все АМ находятся в пределах зоны обслуживания с модуляцией QPSK (квадратурная фазовая манипуляция), точка доступа обеспечивает пропускную способность 30 Мбит/с. Если АМ распределены по нескольким зонам обслуживания, пропускная способность имеет какое-то промежуточное значение. В реальных системах пропускная способность точки доступа зависит не только от распределения АМ по зонам обслуживания (от физического местоположения модулей), но и от распределения потребности в пропускной способности между АМ. Здесь мы рассмотрим упрощенный случай равномерного распределения АМ по зонам обслуживания и равномерного распределения потребности в пропускной способности между АМ. В этом случае пропускная способность ТД рассчитывается следующим образом:
В примере, показанном на рис.1, пропускная способность точки доступа составит 35 Мбит/с. Это та ширина полосы пропускания, которую точка доступа в данной конфигурации способна
обеспечить абонентским модулям в своей зоне обслуживания.
Ширина полосы частот, приходящаяся на одного пользователя, и переиспользование полосы частот
В предыдущем разделе введено понятие "средняя по зоне пропускная способность". В этом примере ТД способна обеспечить АМ, находящимся в зоне обслуживания, ширину полосы пропускания 35 Мбит/с. Сколько же абонентов может обслуживаться с такой шириной полосы? Провайдеры продают своим абонентам различные планы обслуживания, в которых указываются скорости передачи данных по соединениям. Типичный план обслуживания начального уровня может обеспечивать 5 Мбит/c при передаче данных из сети в абонентский модуль и 1 Мбит/с при передаче в обратном направлении. Чтобы обеспечить абоненту указанную в плане обслуживания пропускную способность, потребуется 6 Мбит/с пропускной способности ТД. Если провайдер хочет гарантировать доступность такой полосы пропускания в любой момент времени каждому из абонентов, он сможет обслуживать примерно шесть (35/6) абонентов на одну точку доступа. Для провайдеров это непозволительно дорого. Поэтому на практике они полагаются на то, что не каждому абоненту постоянно требуется полная пропускная способность, и перепродают или переиспользуют пропускную способность точек доступа. При коэффициенте переиспользования 10 точка доступа на рис.1 может обслуживать
10 × 35/6 = 58 абонентов.
Эффективность использования спектра и повторное использование частот
Провайдеры часто используют несколько ТД для предоставления услуг в определенной зоне обслуживания. Это бывает необходимо, если одна ТД не способна обеспечить нужную дальность связи для охвата всей зоны обслуживания или достаточную пропускную способность для всех абонентов. Если в зоне обслуживания развернуто несколько ТД, провайдеру нужен частотный план. Частотный план – это выделение рабочих частот отдельным ТД.
Общая достижимая пропускная способность и качество обслуживания самым непосредственным образом зависят от частотного плана. Частоты должны выделяться ТД таким образом, чтобы свести к минимуму взаимные помехи между ними и возможность повторного использования частот в пределах зоны обслуживания.
Рассмотрим простой пример зоны обслуживания, которая настолько мала, что для ее охвата достаточно одной ТД, но при этом недостаточно ее пропускной способности. В такой ситуации наиболее экономически эффективным решением является разделение зоны на секторы и установка нескольких ТД с направленными антеннами, каждая из которых охватывает часть зоны обслуживания. На рис.2 показан пример использования четырех ТД с антеннами, имеющими сектор обзора 90°, для полного охвата 360°.
В PMP-решениях без синхронизации каждой ТД необходимо выделить свою частоту. Кроме того, потребуется либо большое разнесение выбранных частот (так называемые защитные полосы частот), либо большое расстояние, либо наличие физического объекта между точками доступа, либо комбинация нескольких из этих трех факторов. Причина в том, что хотя ТД спроектированы таким образом, что концентрируют излучаемую ими энергию в том частотном канале, в котором они работают, они неизбежно будут генерировать некоторую энергию на соседних с рабочим каналом частотах. Если рядом расположены две несинхронизированные ТД и одна из них ожидает слабого сигнала от обслуживаемого АМ, энергия смежного частотного канала от соседней ТД, которая осуществляет передачу, может оказаться намного больше, чем сигнал от этого АМ. На рис.3 показан типичный спектр сигнала передачи от ТД, использующей канал шириной 20 МГц.
На графике видно, что энергия сконцентрирована в рабочем канале, но некоторая энергия генерируется и на соседних частотах. В пределах 2 МГц от края канала сигнал передачи примерно на 21 дБ ниже, чем в самом канале. На частотах, отстоящих от края канала на 5 МГц, сигнал передачи ниже примерно на 32 дБ. При работе в нелицензируемом диапазоне 5,8 ГГц передающая ТД может работать с уровнем мощности 36 дБм в пределах канала; этот сигнал будет иметь уровень 25 дБм в пределах 2 МГц и 4 дБм в пределах 10 МГц от края в соседнем канале. Принимающая ТД будет пытаться принять сигналы от АМ, которые имеют низкий уровень: от –66 до –89 дБм. Очевидно, что энергия соседнего канала от находящейся рядом передающей ТД подавит сигнал от АМ.
И только на частотах, отстоящих от передающего канала на две ширины полосы частот канала (в данном случае 2 × 20 МГц = 40 МГц), энергия соседнего канала будет достаточно мала, чтобы не создавать помех сигналу, поступающему от АМ. В данном случае 40 МГц является рекомендуемой защитной полосой частот между соседними 20-МГц каналами, относящимися к точкам доступа, расположенным на одной вышке. Если две ТД расположены на большом расстоянии друг от друга или между ними имеется значительное физическое препятствие, можно использовать защитную полосу меньшей ширины. Большое физическое разнесение ТД не всегда возможно, а там, где возможно, может существенно увеличить затраты на развертывание радиоустройств на вышке. Использование препятствий между ТД (часто в виде металлических экранов) эффективно лишь отчасти и может привести к появлению зон отсутствия радиовидимости на границах смежных секторов.
Самое эффективное и экономичное решение этой проблемы – синхронизировать циклы передачи и приема ТД на вышке. В этом случае не возникнет ситуации, когда одна ТД будет пытаться принять слабый сигнал от АМ, в то время как соседняя ТД будет передавать сигнал с высоким уровнем мощности. При использовании синхронизации исчезает необходимость в большом физическом разнесении радиоустройств и применении экранов, а защитные полосы частот между устройствами можно существенно сузить. В системах с синхронизацией от GPS/ГЛОНАСС при использовании канала 20 МГц достаточно 5-МГц защитной полосы между соседними частотными каналами.
Помимо синхронизации циклов передачи и приема есть еще две возможности, благодаря которым ТД, обслуживающие противоположные секторы, могут использовать один и тот же частотный канал:
автоматическое регулирование мощности передачи АМ. Это функция, реализованная в программном обеспечении ТД, которая дистанционно и динамически регулирует уровень мощности передачи в АМ. Мощность передачи АМ регулируется таким образом, чтобы она была достаточна для обеспечения связи между радиоустройствами при оптимальной модуляции. Это ограничивает помехи, которые связь между ТД и АМ создает в других частях сети;
высококачественные секторные антенны. При использовании секторных антенн, имеющих высокий коэффициент обратного излучения (отношение мощностей сигналов, излучаемых в прямом и обратном направлениях), обеспечивается хорошая развязка ТД от помех из противоположного сектора той же вышки.
На рис.4 показаны два возможных частотных плана для одной вышки точек доступа с четырьмя секторами. При использовании решения без синхронизации потребуются четыре канала для четырех ТД и защитные полосы частот между ними, равные удвоенной ширине полосы частот канала. При использовании решения с синхронизацией потребуются два канала для четырех ТД и защитная полоса частот, равная 25% ширины полосы частот канала.
В варианте с синхронизацией для зоны обслуживания может быть обеспечена общая пропускная способность 140 Мбит/с при использовании спектра шириной 45 МГц. Эффективность использования спектра составляет 140 Мбит/с/45 МГц, или 3,1 бит/с/Гц.
В варианте без синхронизации для обеспечения той же пропускной способности 140 Мбит/с потребуется ширина спектра 200 МГц. Или же провайдер может установить четыре ТД, используя каналы шириной 5 МГц и защитные полосы между ними шириной 10 МГц. В такой конфигурации для обеспечения пропускной способности 35 Мбит/с потребуется спектр шириной 50 МГц. Эффективность использования спектра в обеих конфигурациях одинакова: 140 Мбит/с/200 МГц =
35 Мбит/с/50 МГц = 0,7 бит/с/Гц.
Эффективность использования спектра напрямую влияет на количество абонентов, которых можно обслуживать при наличии ограничений на ширину доступного незанятого спектра. В следующем разделе показано, как синхронизация с помощью GPS/ГЛОНАСС позволяет ускорить окупаемость инвестиций провайдера.
Синхронизация от GPS/ГЛОНАСС
и окупаемость инвестиций
Мы объяснили, почему решения с синхронизацией от GPS/ГЛОНАСС используют спектр эффективнее, чем решения без синхронизации. Теперь проанализируем, что синхронизация от
GPS/ГЛОНАСС дает провайдеру с финансовой точки зрения.
Рассмотрим случай, когда провайдер хочет охватить своими услугами центральный район небольшого поселка. Требуемая зона обслуживания составляет приблизительно 6 км по каждой стороне, то есть 36 км2. Провайдер может использовать 50 МГц незанятого спектра в нелицензируемом диапазоне 5 ГГц. Также имеется хорошее место для вышки в центре зоны обслуживания, где можно разместить точку (или точки) доступа. Провайдер будет предлагать абонентам услуги связи за $20 в месяц со скоростью передачи 5 Мбит/с в направлении от ТД в АМ и 1 Мбит/с при передаче в обратном направлении, c коэффициентом переиспользования полосы частот 10.
Если этот поставщик услуг использует решение без синхронизации, возможны следующие варианты развертывания:
вариант А: использовать одну точку доступа с всенаправленной антенной, сконфигурированной для использования канала 40 МГц;
вариант В: использовать разделение на секторы с несколькими точками доступа и каналами меньшей ширины.
Вариант развертывания А показан на рис.5. Всенаправленные антенны имеют меньший коэффициент усиления, чем секторные, поэтому дальность связи при использовании модуляции высокого порядка будет меньше. Коэффициент усиления типичной всенаправленной антенны может быть на 6 дБ ниже, чем у секторной антенны. Это приводит к тому, что дальность связи для всех видов модуляции оказывается в два раза меньше, что может повлиять на среднюю по зоне пропускную способность. Точка доступа с всенаправленной антенной, использующей канал шириной 40 МГц, имеет среднюю по зоне пропускную способность 69 Мбит/с.
Вариант развертывания В показан на рис.6. В этом варианте провайдер может установить вышку с тремя или четырьмя секторами. Поскольку это решение без синхронизации, между используемыми каналами должны быть предусмотрены защитные полосы частот. Провайдер может использовать каналы шириной 7 МГц (3×7 МГц канала + 2×14 МГц защитных полосы = спектр шириной 49 МГц) в варианте с тремя секторами или каналы шириной 5 МГц (4×5 МГц канала + 3×10 МГц защитных полосы =
спектр шириной 50 МГц) в варианте с четырьмя секторами. Вариант с четырьмя секторами обеспечивает более высокую пропускную способность, чем вариант с тремя секторами. В варианте с четырьмя секторами каждая ТД, использующая канал шириной 5 МГц, обеспечивает среднюю по зоне пропускную способность 22 Мбит/с. Таким образом, общая пропускная способность вышки составляет 88 Мбит/с. Средняя по зоне пропускная способность 88 Мбит/с позволяет провайдеру обслуживать 88 Мбит/с/((5 + 1)/10) = 147 абонентов. При полной нагрузке системы провайдер будет получать абонентскую плату в размере $2940 в месяц.
Если провайдер выберет решение с синхронизацией, наиболее эффективной и обеспечивающей наивысшую пропускную способность конфигурацией будет четырехсекторная вышка точек доступа. Этот вариант развертывания показан на рис.7. Потребуются всего два канала на вышку и защитные полосы частот между каналами шириной всего 5 МГц. В такой конфигурации каждая ТД получает канал шириной 20 МГц и обеспечивает пропускную способность до
65 Мбит/с. Средняя по зоне пропускная способность всей вышки составляет 4×65 Мбит/с = 260 Мбит/с. Такая пропускная способность позволяет поставщику услуг WISP обслуживать 260 Мбит/с/((5 + 1)/10) =
433 бонента. При полной нагрузке системы провайдер будет получать абонентскую плату в размере $8660 в месяц.
Можно взглянуть на это с другой стороны – оценить, насколько система с синхронизацией выгодна провайдеру с точки зрения долгосрочной перспективы. Для этого можно оценить приведенную стоимость дополнительного денежного потока в течение периода времени, которую провайдер получит при развертывании системы с синхронизацией. Приведенная стоимость денежного потока рассчитывается путем дисконтирования будущего денежного потока. Примем годовую ставку дисконтирования будущего денежного потока равной 15% и сделаем следующие осторожные допущения:
срок службы развернутой провайдером системы составляет 3 года;
провайдер потратит 30% дохода на эксплуатационные расходы.
Тогда приведенная стоимость дополнительной ежемесячной абонентской платы составит $117 000. Развернутое PMP-решение с синхронизацией на $117 000 выгоднее, чем PMP-решение без синхронизации.
Таким образом, с учетом почти всех финансовых показателей для поставщика услуг WISP будет выгоднее решение с синхронизацией.
Итоги
Оборудование широкополосного беспроводного доступа (ШПД) с функцией синхронизации от
GPS/ГЛОНАСС гораздо эффективнее использует имеющийся спектр для охвата зоны обслуживания. Системы ШПД с синхронизацией от GPS/ГЛОНАСС способны обслуживать почти втрое больше абонентов, чем при использовании решений без синхронизации. Увеличение количества абонентов в три раза означает получение втрое большего ежемесячного дохода с вышки ТД. В течение срока эксплуатации вышки ТД этот увеличенный доход существенно повышает рентабельность и стоимость бизнеса провайдера. Лучшее капиталовложение, которое может сделать провайдер для повышения стоимости своего бизнеса, – это развернуть систему с синхронизацией от GPS/ГЛОНАСС, обеспечивающую значительный доход при очень низкой цене. ▪
Чтобы оценить истинные возможности синхронизации от GPS/ГЛОНАСС, читателю необходимо знать некоторые основные понятия, а именно:
средняя по зоне пропускная способность;
ширина полосы частот, приходящаяся на одного пользователя;
переиспользование полосы частот и эффективность использования спектра;
повторное использование частот.
Средняя по зоне пропускная способность
Радиоустройства ШПД поддерживают адаптивную модуляцию. При установлении связи между двумя радиоустройствами используются сложные алгоритмы для выбора схемы модуляции, которая оптимизирует пропускную способность в зависимости от качества тракта связи между этими устройствами. Обычно радиоустройства, расположенные недалеко друг от друга, используют модуляцию более высокого порядка, которая обеспечивает высокую пропускную способность, а удаленные друг от друга радиоустройства – модуляцию низкого порядка, обеспечивающую более низкую пропускную способность. На рис.1 показана очень упрощенная диаграмма развертывания сектора многоточечной связи (PMP, Point-to-MultiPoint), которая иллюстрирует этот принцип.
В зоне обслуживания пропускная способность точки доступа определяется расположением абонентских модулей (АМ). Если все АМ находятся в пределах зоны обслуживания с модуляцией 64-QAM (квадратурная амплитудная модуляция с 64 состояниями), точка доступа обеспечивает пропускную способность 90 Мбит/с. Если все АМ находятся в пределах зоны обслуживания с модуляцией QPSK (квадратурная фазовая манипуляция), точка доступа обеспечивает пропускную способность 30 Мбит/с. Если АМ распределены по нескольким зонам обслуживания, пропускная способность имеет какое-то промежуточное значение. В реальных системах пропускная способность точки доступа зависит не только от распределения АМ по зонам обслуживания (от физического местоположения модулей), но и от распределения потребности в пропускной способности между АМ. Здесь мы рассмотрим упрощенный случай равномерного распределения АМ по зонам обслуживания и равномерного распределения потребности в пропускной способности между АМ. В этом случае пропускная способность ТД рассчитывается следующим образом:
В примере, показанном на рис.1, пропускная способность точки доступа составит 35 Мбит/с. Это та ширина полосы пропускания, которую точка доступа в данной конфигурации способна
обеспечить абонентским модулям в своей зоне обслуживания.
Ширина полосы частот, приходящаяся на одного пользователя, и переиспользование полосы частот
В предыдущем разделе введено понятие "средняя по зоне пропускная способность". В этом примере ТД способна обеспечить АМ, находящимся в зоне обслуживания, ширину полосы пропускания 35 Мбит/с. Сколько же абонентов может обслуживаться с такой шириной полосы? Провайдеры продают своим абонентам различные планы обслуживания, в которых указываются скорости передачи данных по соединениям. Типичный план обслуживания начального уровня может обеспечивать 5 Мбит/c при передаче данных из сети в абонентский модуль и 1 Мбит/с при передаче в обратном направлении. Чтобы обеспечить абоненту указанную в плане обслуживания пропускную способность, потребуется 6 Мбит/с пропускной способности ТД. Если провайдер хочет гарантировать доступность такой полосы пропускания в любой момент времени каждому из абонентов, он сможет обслуживать примерно шесть (35/6) абонентов на одну точку доступа. Для провайдеров это непозволительно дорого. Поэтому на практике они полагаются на то, что не каждому абоненту постоянно требуется полная пропускная способность, и перепродают или переиспользуют пропускную способность точек доступа. При коэффициенте переиспользования 10 точка доступа на рис.1 может обслуживать
10 × 35/6 = 58 абонентов.
Эффективность использования спектра и повторное использование частот
Провайдеры часто используют несколько ТД для предоставления услуг в определенной зоне обслуживания. Это бывает необходимо, если одна ТД не способна обеспечить нужную дальность связи для охвата всей зоны обслуживания или достаточную пропускную способность для всех абонентов. Если в зоне обслуживания развернуто несколько ТД, провайдеру нужен частотный план. Частотный план – это выделение рабочих частот отдельным ТД.
Общая достижимая пропускная способность и качество обслуживания самым непосредственным образом зависят от частотного плана. Частоты должны выделяться ТД таким образом, чтобы свести к минимуму взаимные помехи между ними и возможность повторного использования частот в пределах зоны обслуживания.
Рассмотрим простой пример зоны обслуживания, которая настолько мала, что для ее охвата достаточно одной ТД, но при этом недостаточно ее пропускной способности. В такой ситуации наиболее экономически эффективным решением является разделение зоны на секторы и установка нескольких ТД с направленными антеннами, каждая из которых охватывает часть зоны обслуживания. На рис.2 показан пример использования четырех ТД с антеннами, имеющими сектор обзора 90°, для полного охвата 360°.
В PMP-решениях без синхронизации каждой ТД необходимо выделить свою частоту. Кроме того, потребуется либо большое разнесение выбранных частот (так называемые защитные полосы частот), либо большое расстояние, либо наличие физического объекта между точками доступа, либо комбинация нескольких из этих трех факторов. Причина в том, что хотя ТД спроектированы таким образом, что концентрируют излучаемую ими энергию в том частотном канале, в котором они работают, они неизбежно будут генерировать некоторую энергию на соседних с рабочим каналом частотах. Если рядом расположены две несинхронизированные ТД и одна из них ожидает слабого сигнала от обслуживаемого АМ, энергия смежного частотного канала от соседней ТД, которая осуществляет передачу, может оказаться намного больше, чем сигнал от этого АМ. На рис.3 показан типичный спектр сигнала передачи от ТД, использующей канал шириной 20 МГц.
На графике видно, что энергия сконцентрирована в рабочем канале, но некоторая энергия генерируется и на соседних частотах. В пределах 2 МГц от края канала сигнал передачи примерно на 21 дБ ниже, чем в самом канале. На частотах, отстоящих от края канала на 5 МГц, сигнал передачи ниже примерно на 32 дБ. При работе в нелицензируемом диапазоне 5,8 ГГц передающая ТД может работать с уровнем мощности 36 дБм в пределах канала; этот сигнал будет иметь уровень 25 дБм в пределах 2 МГц и 4 дБм в пределах 10 МГц от края в соседнем канале. Принимающая ТД будет пытаться принять сигналы от АМ, которые имеют низкий уровень: от –66 до –89 дБм. Очевидно, что энергия соседнего канала от находящейся рядом передающей ТД подавит сигнал от АМ.
И только на частотах, отстоящих от передающего канала на две ширины полосы частот канала (в данном случае 2 × 20 МГц = 40 МГц), энергия соседнего канала будет достаточно мала, чтобы не создавать помех сигналу, поступающему от АМ. В данном случае 40 МГц является рекомендуемой защитной полосой частот между соседними 20-МГц каналами, относящимися к точкам доступа, расположенным на одной вышке. Если две ТД расположены на большом расстоянии друг от друга или между ними имеется значительное физическое препятствие, можно использовать защитную полосу меньшей ширины. Большое физическое разнесение ТД не всегда возможно, а там, где возможно, может существенно увеличить затраты на развертывание радиоустройств на вышке. Использование препятствий между ТД (часто в виде металлических экранов) эффективно лишь отчасти и может привести к появлению зон отсутствия радиовидимости на границах смежных секторов.
Самое эффективное и экономичное решение этой проблемы – синхронизировать циклы передачи и приема ТД на вышке. В этом случае не возникнет ситуации, когда одна ТД будет пытаться принять слабый сигнал от АМ, в то время как соседняя ТД будет передавать сигнал с высоким уровнем мощности. При использовании синхронизации исчезает необходимость в большом физическом разнесении радиоустройств и применении экранов, а защитные полосы частот между устройствами можно существенно сузить. В системах с синхронизацией от GPS/ГЛОНАСС при использовании канала 20 МГц достаточно 5-МГц защитной полосы между соседними частотными каналами.
Помимо синхронизации циклов передачи и приема есть еще две возможности, благодаря которым ТД, обслуживающие противоположные секторы, могут использовать один и тот же частотный канал:
автоматическое регулирование мощности передачи АМ. Это функция, реализованная в программном обеспечении ТД, которая дистанционно и динамически регулирует уровень мощности передачи в АМ. Мощность передачи АМ регулируется таким образом, чтобы она была достаточна для обеспечения связи между радиоустройствами при оптимальной модуляции. Это ограничивает помехи, которые связь между ТД и АМ создает в других частях сети;
высококачественные секторные антенны. При использовании секторных антенн, имеющих высокий коэффициент обратного излучения (отношение мощностей сигналов, излучаемых в прямом и обратном направлениях), обеспечивается хорошая развязка ТД от помех из противоположного сектора той же вышки.
На рис.4 показаны два возможных частотных плана для одной вышки точек доступа с четырьмя секторами. При использовании решения без синхронизации потребуются четыре канала для четырех ТД и защитные полосы частот между ними, равные удвоенной ширине полосы частот канала. При использовании решения с синхронизацией потребуются два канала для четырех ТД и защитная полоса частот, равная 25% ширины полосы частот канала.
В варианте с синхронизацией для зоны обслуживания может быть обеспечена общая пропускная способность 140 Мбит/с при использовании спектра шириной 45 МГц. Эффективность использования спектра составляет 140 Мбит/с/45 МГц, или 3,1 бит/с/Гц.
В варианте без синхронизации для обеспечения той же пропускной способности 140 Мбит/с потребуется ширина спектра 200 МГц. Или же провайдер может установить четыре ТД, используя каналы шириной 5 МГц и защитные полосы между ними шириной 10 МГц. В такой конфигурации для обеспечения пропускной способности 35 Мбит/с потребуется спектр шириной 50 МГц. Эффективность использования спектра в обеих конфигурациях одинакова: 140 Мбит/с/200 МГц =
35 Мбит/с/50 МГц = 0,7 бит/с/Гц.
Эффективность использования спектра напрямую влияет на количество абонентов, которых можно обслуживать при наличии ограничений на ширину доступного незанятого спектра. В следующем разделе показано, как синхронизация с помощью GPS/ГЛОНАСС позволяет ускорить окупаемость инвестиций провайдера.
Синхронизация от GPS/ГЛОНАСС
и окупаемость инвестиций
Мы объяснили, почему решения с синхронизацией от GPS/ГЛОНАСС используют спектр эффективнее, чем решения без синхронизации. Теперь проанализируем, что синхронизация от
GPS/ГЛОНАСС дает провайдеру с финансовой точки зрения.
Рассмотрим случай, когда провайдер хочет охватить своими услугами центральный район небольшого поселка. Требуемая зона обслуживания составляет приблизительно 6 км по каждой стороне, то есть 36 км2. Провайдер может использовать 50 МГц незанятого спектра в нелицензируемом диапазоне 5 ГГц. Также имеется хорошее место для вышки в центре зоны обслуживания, где можно разместить точку (или точки) доступа. Провайдер будет предлагать абонентам услуги связи за $20 в месяц со скоростью передачи 5 Мбит/с в направлении от ТД в АМ и 1 Мбит/с при передаче в обратном направлении, c коэффициентом переиспользования полосы частот 10.
Если этот поставщик услуг использует решение без синхронизации, возможны следующие варианты развертывания:
вариант А: использовать одну точку доступа с всенаправленной антенной, сконфигурированной для использования канала 40 МГц;
вариант В: использовать разделение на секторы с несколькими точками доступа и каналами меньшей ширины.
Вариант развертывания А показан на рис.5. Всенаправленные антенны имеют меньший коэффициент усиления, чем секторные, поэтому дальность связи при использовании модуляции высокого порядка будет меньше. Коэффициент усиления типичной всенаправленной антенны может быть на 6 дБ ниже, чем у секторной антенны. Это приводит к тому, что дальность связи для всех видов модуляции оказывается в два раза меньше, что может повлиять на среднюю по зоне пропускную способность. Точка доступа с всенаправленной антенной, использующей канал шириной 40 МГц, имеет среднюю по зоне пропускную способность 69 Мбит/с.
Вариант развертывания В показан на рис.6. В этом варианте провайдер может установить вышку с тремя или четырьмя секторами. Поскольку это решение без синхронизации, между используемыми каналами должны быть предусмотрены защитные полосы частот. Провайдер может использовать каналы шириной 7 МГц (3×7 МГц канала + 2×14 МГц защитных полосы = спектр шириной 49 МГц) в варианте с тремя секторами или каналы шириной 5 МГц (4×5 МГц канала + 3×10 МГц защитных полосы =
спектр шириной 50 МГц) в варианте с четырьмя секторами. Вариант с четырьмя секторами обеспечивает более высокую пропускную способность, чем вариант с тремя секторами. В варианте с четырьмя секторами каждая ТД, использующая канал шириной 5 МГц, обеспечивает среднюю по зоне пропускную способность 22 Мбит/с. Таким образом, общая пропускная способность вышки составляет 88 Мбит/с. Средняя по зоне пропускная способность 88 Мбит/с позволяет провайдеру обслуживать 88 Мбит/с/((5 + 1)/10) = 147 абонентов. При полной нагрузке системы провайдер будет получать абонентскую плату в размере $2940 в месяц.
Если провайдер выберет решение с синхронизацией, наиболее эффективной и обеспечивающей наивысшую пропускную способность конфигурацией будет четырехсекторная вышка точек доступа. Этот вариант развертывания показан на рис.7. Потребуются всего два канала на вышку и защитные полосы частот между каналами шириной всего 5 МГц. В такой конфигурации каждая ТД получает канал шириной 20 МГц и обеспечивает пропускную способность до
65 Мбит/с. Средняя по зоне пропускная способность всей вышки составляет 4×65 Мбит/с = 260 Мбит/с. Такая пропускная способность позволяет поставщику услуг WISP обслуживать 260 Мбит/с/((5 + 1)/10) =
433 бонента. При полной нагрузке системы провайдер будет получать абонентскую плату в размере $8660 в месяц.
Можно взглянуть на это с другой стороны – оценить, насколько система с синхронизацией выгодна провайдеру с точки зрения долгосрочной перспективы. Для этого можно оценить приведенную стоимость дополнительного денежного потока в течение периода времени, которую провайдер получит при развертывании системы с синхронизацией. Приведенная стоимость денежного потока рассчитывается путем дисконтирования будущего денежного потока. Примем годовую ставку дисконтирования будущего денежного потока равной 15% и сделаем следующие осторожные допущения:
срок службы развернутой провайдером системы составляет 3 года;
провайдер потратит 30% дохода на эксплуатационные расходы.
Тогда приведенная стоимость дополнительной ежемесячной абонентской платы составит $117 000. Развернутое PMP-решение с синхронизацией на $117 000 выгоднее, чем PMP-решение без синхронизации.
Таким образом, с учетом почти всех финансовых показателей для поставщика услуг WISP будет выгоднее решение с синхронизацией.
Итоги
Оборудование широкополосного беспроводного доступа (ШПД) с функцией синхронизации от
GPS/ГЛОНАСС гораздо эффективнее использует имеющийся спектр для охвата зоны обслуживания. Системы ШПД с синхронизацией от GPS/ГЛОНАСС способны обслуживать почти втрое больше абонентов, чем при использовании решений без синхронизации. Увеличение количества абонентов в три раза означает получение втрое большего ежемесячного дохода с вышки ТД. В течение срока эксплуатации вышки ТД этот увеличенный доход существенно повышает рентабельность и стоимость бизнеса провайдера. Лучшее капиталовложение, которое может сделать провайдер для повышения стоимости своего бизнеса, – это развернуть систему с синхронизацией от GPS/ГЛОНАСС, обеспечивающую значительный доход при очень низкой цене. ▪
Отзывы читателей
