Page History

Введение

Широкое распространение систем беспроводного широкополосного доступа создало ряд проблем, препятствующих эффективной эксплуатации существующих систем и масштабированию беспроводных сетей. В рамках этой статьи будут рассмотрены две основные проблемы:

...

Системы связи без использования технологии формирования луча

Диаграмма направленности антенн устройств, не поддерживающих технологию формирования луча, является фиксированной и не может быть изменена в процессе передачи данных. Пример работы сектора базовой станции, к которому подключены три абонентских устройства, представлен на видеоролике 1.

Сектор базовой станции последовательно взаимодействует с абонентскими устройствами, причём обмен данными является двунаправленным: сектор передаёт данные абонентскому устройству 1, и, дождавшись от него ответа, выполняет последовательное взаимодействие обмен данными с третьим и вторым абонентами. Сообщения, передаваемые в нисходящем канале, от базовой станции к абоненту, принимаются всеми абонентскими устройствами, независимо от получателя, т.е. при передаче сообщения абонентскому устройству 1 его получат абонентские устройства 2 и 3, но не будут обрабатывать.

...

• Неэффективное использование мощности излучения (независимо от устройства-получателя, сектор выполняет передачу данных всем абонентским устройствам, попадающим в зону покрытия), т.е. энергетика канала связи с конкретным абонентским устройством может быть увеличена.
• Низкий уровень безопасности (получив доступ к одному из абонентских устройств, злоумышленник может перехватить весь исходящий трафик сектора для любого из абонентов);.появление
• Появление локальной помехи на сектор оказывает влияние на работу всех абонентских устройств, подключенных к этому сектору.

На видеоролике 2 представлена работа сектора базовой станции, к которому подключено три абонентских устройства, в условиях действия локальной помехи. В интервалы времени, выделенные для передачи данных в восходящем канале, от абонента к сектору, сектор принимает сумму сигнала абонента и помехи. В случае, если уровень помехи высок, то сектор не может выделить из полученной суммы сигналов полезную абонентскую составляющую и передачу данных необходимо повторить. На это будет затрачено дополнительное время, т.е. ресурсы системы будут использоваться неэффективно. Важно отметить, что попадание сигнала помехи в зону действия сектора, оказывает влияние на работу всех абонентов, т.к. широкий основной лепесток диаграммы направленности не позволяет выполнять избирательное пространственное подавление. Иными словами, сигнал любого устройства, попадающего в зону действия сектора, будет принят с одинаковым коэффициентом усиленияглавный лепесток диаграммы направленности антенны сектора будет оказывать влияние на работу всей системы.

...

Одним из методов решения обозначенных выше проблем является использование антенн с поддержкой технологии формирования луча (beamforming).

Технология формирования луча заключается в возможности управления диаграммой направленности антенны, т.е. антенна, в зависимости от сложившейся ситуации, сужает ширину основного лепестка диаграммы направленности и направляет ориентирует его в необходимую сторону. Таким образом, для передачи каждому каждого из абонентских устройств может быть сформирована своя диаграмма направленности и в интервалы времени, когда выполняется передача или приём при передаче данных этого абонента , может быть будет использована индивидуальная конфигурация. Следует отметить, что выбранная диаграмма направленности будет использовать при двунаправленной обмене, т.е. как на приём, так и на передачу.

Пример с тремя абонентами, подключенными к одному сектору, поддерживающему технологию формирования луча, представлен на видеоролике 3. Как можно заметить, сравнительно с обычной антенной, ширина диаграммы направленности антенны сектора стала уже и, выполняется переориентация основного лепестка в сторону абонентского устройства.

...

• Увеличение энергетики канала связи. На рисунке 1 представлено сравнение диаграммы направленности антенн с технологией формирования луча поддержкой beamforming и без неё. Следует учитывать, что мощность излучения устройства не изменилась, а за счёт того, что подведённая к антенне энергия излучается только в направлении конкретного абонента, уровень принимаемого абонентом сигнала существенно увеличивается. Аналогичный эффект наблюдается и в восходящем канале. Можно выделить следующие сценарии, использующие данное преимущество:

1. 1. Рост производительности (за счёт увеличения отношения сигнал/шум для абонентов, выполняющих передачу данных не на максимальном битрейте, становится возможным использование высших модуляционно-кодовых схем, определяющих пропускную способность канала связи).
   2. Увеличение срока службы устройств (рост энергетики канала связи, при условии, что необходимая производительность уже получена, может быть использован для снижения мощности излучения сигнала, что повысит срок службы радиопередатчика устройства).
   3. Увеличения дальности покрытия сектора (рост энергетики канала позволяет выполнять подключение новых абонентских устройств на большем расстоянии от сектора).

...

В продуктовом портфеле компании Инфинет технология формирования луча реализована в моделях секторов базовых станций R5000-Qmxb, входящих в семейство систем "точка-многоточка" InfiMAN 2x2 и секторов базовых станций E5-BSQ, входящих в семейство InfiMAN Evolution.

Интегрированная антенна устройства устройств R5000-Qmxb включают и E5-BSQ включает в себя 15 встроенных шаблонов диаграмм направленности с шириной главного лепестка 20º (коэффициент усиления 21 dBiдБ), расположенных со смещением 5º друг от друга и один шаблон с шириной лепестка 90º (коэффициент усиления 15 dBi) для работы в широковещательном режиме. дБ). В зависимости от выбранного шаблона диаграммы направленности устройство может работать в двух режимах:

• Широковещательный режим - использование диаграммы направленности с шириной главного лепестка 90º. Данный режим используется при обмене служебной информацией, когда за абонентским устройством ещё не закреплён один из узконаправленных шаблонов или необходимо актуализировать данные о выбранном шаблоне.
  
• Направленный режим - использование одного из 15 шаблонов диаграммы направленности с шириной главного лепестка 20º. Данный режим используется при непосредственной передаче данных.
  

Видеоролик 5 демонстрирует работу механизма, установления соответствия между абонентской станцией и шаблоном диаграммы направленности представлен на видеоролике 5. Сектор базовой станции выполняет широковещательную рассылку запросов, адресованных всем абонентским станциям, последовательно используя каждый из узконаправленных шаблонов диаграммы направленности. В широковещательном запросе содержится информация о номере шаблона. Абонентская станция оценивает уровень каждого из полученных сигналов широковещательной рассылки и, выбрав максимальный, отправляет номер шаблона сектору. Получив информацию от абонентской станции, сектор заполняет таблицу соответствия и, при взаимодействии с конкретным клиентским устройством, использует шаблон из сформированной таблицы. Периодически, в ходе работы, сектор инициирует обновление таблицы соответствия, адаптируясь к возможным изменениям внешней среды.

...

• Потребляемая мощность устройств с поддержкой технологии формирования луча выше, чем у устройств без поддержки, поэтому для организации питания устройств R5000-Qmxb и E5-BSQ используются блоки питания IDU-BS-G(60W) (входят в комплект поставки).
• Устройства R5000-Qmxb и E5-BSQ могут быть использованы только с версией программного обеспечения с поддержкой технологии TDMA (характеристики двух типов ПО представлены в статье TDMA и Polling: особенности применения в беспроводных сетях). Замена программного обеспечения с поддержкой технологии Polling на программное обеспечение с поддержкой TDMA может быть выполнена в соответствии с инструкцией. При близком расположении нескольких секторов, например реализация схемы ABAB, рекомендуется использовать устройство синхронизации AUX-ODU-SYNC.

...

1. Онлайн-курс "Основа беспроводных сетей"
2. Вебинар "Сектор базовой станции R5000-Qmxb с beamforming-антенной"
3. Вебинар "Точка-точка" с технологией формирования луча и другие трюки Qmxb"
4. Истории успеха: Оборудование Инфинет в сети Флекс
5. Секторная антенна с технологией формирования луча
6. Спецификация Qmxb/5.300.2x300.2x21
7. Спецификация E5-BSQ
8. Документ "Электропитание беспроводных устройств «Инфинет»" в разделе "ДокументацияДокументы" академии Инфинет