TELEKOMUNIKACIONE PRISTUPNE MREŽE Miroslav L. Dukić, Dejan S. Vujić Katedra za ekomunikacije, Elektrotehnički fakultet u Beogradu I UVOD Početkom 80-tih godina prošlog veka na tržištu ekomunikacionih usluga izdvajala su se tri nezavisna segmenta: javni fiksni efonski servis, servis kablovske evizije (Cable TV, CaTV) i povezivanje računara u izolovane lokalne računarske mreže. Kao rezultat procesa deregulacije i liberalizacije tržišta ekomunikaconih usluga tokom 90-tih godina i značajno povećanog interesovanja korisnika za multimedijalne servise ova tri segmenta objedinila su se u jedinstveni segment, sa ciljem da se korisnicima ponudi univerzalni širokopojasni servis, preko jedinstvene pristupne mreže. Trenutno se tržište ekomunikacionih usluga oslanja na niz različitih tipova ekomunikacionih pristupnih mreža. U ovom radu izložena je njihova sistematizacija i komparativna analiza karakteristika. U drugom poglavlju rada opisani su tipovi pristupnih mreža i podržani servisi koji su trenutno najrasprostranjeniji, kao i pristupne mreže za koje se očekuje da bi mogle predstavljati optimalan izbor za pružanje širokopojasnih servisa. Treći deo rada bavi se detaljnim opisom javne fiksne efonske mreže (JFTM) kao trenutno najrasprostranjenije mreže, posebno sa stanovišta pružanje multimedijalnih servisa. U četvrtom delu rada opisane su kablovske, hibridne i optičke pristupne mreže, koje su po svojoj realizaciji i organizaciji medjusobno vrlo slične. Karakteristike javne mobilne efonske mreže (JMTM) i fiksnog bežičnog pristupa (Fixed Wireless Access, FWA) izložene su u petom poglavlju. Šesti deo rada sadrži zaključna razmatranja i predlog za izbor jedinstvene ekomunikacione pristupne mreže, koja će biti u stanju da pruži širokopojasnei širokodifuzne servise korisnicima. II TIPOVI TELEKOMUNIKACIONIH PRISTUPNIH MREŽA Bez obzira na princip realizacije, sa stanovišta korisnika ekomunikaciona mreža treba da obezbedi: pouzdanu komunikaciju izmedju krajnjih korisnika, uz minimalno vreme uspostavljanje veze i kašnjenje signala; razmenu informacija u formatu pogodnom za prijem i eksploataciju na korisničkim terminalima, uz odgovarajući kvalitet servisa zahtevan od strane korisnika; pružanje dodatnih usluga u skladu sa zahtevima korisnika i visoku fleksibilnost; jednostavno održavanje uz minimalnu verovatnoću otkaza. Ekonomski interes nameće provajderu servisa rešenje koje ne mora obavezno predstavljati tehnološki najbolje rešenje, već ono rešenje kod koga su ekomunikacioni zahtevi korisnika i ekonomski interes provajdera uskladjeni. Pregled stanja i zahteva, Sl.1, ukazuje da se postojećim pristupnim mrežama može obezbediti korisnički pristup protocima do 200Mb/s. Najveći problem u većini zemalja predstavlja neizgradjena ekomunikaciona infrastruktura. Dok je u SAD, CaTV prisutna skoro u svakom domu, penetracija kablovskih mreža u zemljama u razvoju procenjuje se do 30%, [1]. Otuda je neophodno pronaći brz, tehnološki jednostavan i ekonomski isplativ način realizacije pristupnih mreža. Rešenje se može tražiti u realizaciji bežičnih pristupnih mreža, gde se u skladu sa primenjenim tehnologijama mogu ostvariti protoci veći od 50Mb/s. NOVE INSTALACIJE Ethernet (10/ HomePNA 100Mb/s) POF Koaksijalni IEEE 1394 (<400Mb/s) USB (<480Mb/s) PRISTUPNE MREŽE FTTX HFC Kablovska Saitske MMDS WLL LMDS xdsl BEZ NOVIH INSTALACIJA HomePNA Koaksijalni (<10Mb/s) (<20Mb/s) HomePlug (<100Mb/s) X.10 LANWorks HomeCNA (200Mb/s) CeBus EDB (<20Mb/s) Sl.1 Zahtevi na polju realizacije novih pristupnih mreža. Do 2006.g. biće 350 miliona korisnika sa širokopojasnim pristupom, [2], Sl.2. Istraživanja ukazuju da će najveći broj pristupa servisima biti realizovan bežičnim tehnikama pristupa, dok će više od 25% korisnika pristup ostvarivati preko postojeće elektrodistributivne (EDB) mreže. Broj priključaka (desetine miliona) 35 30 25 20 15 10 5 Bežični LAN Ethernet HomePNA EDB (veliki protoci) EDB (kontrola uredjaja) USB IEEE 1394 6.03 12.17 13.09 13.93 14.42 18.23 21.27 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Sl.2 Predvidjeni broj korisnika širokopojasnih servisa. III JAVNA FIKSNA TELEFONSKA MREŽA JFTM kao najrasprostranjenija ekomunikaciona mreža na planeti, originalno projektovana za prenos govornog signala, nije u stanju da zadovolji nove korisničke zahteve. Protoci ostvareni modemskim pristupom već nekoliko godina se smatraju nedovoljnim, Tab.1, i praktično su dostigli gornju Broj priključaka [%]
granicu. Krajem 80-tih i početkom 90-tih godina prošlog veka ISDN je smatran rešenjem problema realizacije širokopojsnog pristupa, pružajući kućnim korisnicima protoke do 144kb/s, a poslovnim korisnicima, preko primarnog ISDN pristupa, protoke do 2Mb/s. Tab.1 Protoci pri modemskom prenosu podataka u JFTM. Ekvivalentni binarni protok [kb/s] Simbolski protok [baud] Modulacija Standard Godina izdavanja standarda 9.6 2400 16-QAM V.29 1976 9.6 2400 32-QAM V.32 1984 14.4 2400 128-QAM V.33 1988 33.6 4800 256-QAM V.34 1996 56 8000 na downlinku 3200 na uplinku 256-QAM V.90 1998 Inertnost provajdera fiksnog efonskog servisa da odgovore zahtevima kućnih korisnika, učinili su da korisnici ne prihvate ISDN u značanijem broju tako da se broj ISDN korisnika u svetu može proceniti na ispod 20 miliona. Dodatno, protok od 2Mb/s poslovnim korisnicima nije se mogao ponuditi preko bakarnih parica čime su troškovi uvodjenja ISDN za nih značajno rasli usled modifikovacije pristupne mreže. Alternativni pristupi, poput T1 u SAD i E1 u Evropi, učinili su da se poslovni korisnici ne odluče za upotrebu ISDN. Pojavom xdsl tehnologija na ekomunikacionom tržištu, sredinom 90-tih godina, ISDN tehnologija postala je tehnološki zastarela. Prva tehnologija realizovana u okviru xdsl familije bio je ADSL (Asymetric DSL), osmišljen 1989.g. u laboratorijama AT&T za pružanje servisa videa-na-zahtev, a ne pristupa Internetu kako se to danas misli. Protok na downlinku od 6.144Mb/s dovoljan je za prijem video sadržaja, dok je protok na uplinku od 640kb/s trebao da posluži korisnicima za slanje svojih zahteva i komentara provajderu servisa. Frekvencijski opseg dodeljen ADSL-u podeljen je u tri podopsega: opseg od 0-4kHz namenjen je za prenos govornog signala na identičan način kao u klasičnom efonskom sistemu; opseg od 25-138kHz namenjen je prenosu podataka na uplinku; opseg od 200kHz-1.1MHz namenjen je prenosu podataka na downlinku. Ukoliko se koristi neka tehnika za potiskivanje eha, opseg za prenos na downlinku može zauzimati opseg od 25kHz do 1.1MHz. Pre upotrebe xdsl tehnologija u JFTM neophodno je bilo rešiti nekoliko problema. Induktivna, niskofrekvencijska i disperzivna priroda bakarnih parica dovodi do slabljenja, izobličenja i pojave intersimbolske interferencije pri prenosu govornih signala i signala podataka. Dodatni problem predstavljaju i neiskorišćeni priključci koji pri prenosu govora ne unose dodatnu smetnju ali pri prenosu podataka, usled neprilagodjene impedanse na krajevima neiskorišćenih priključaka, dovode do refleksije signala i pojave preslušavanja na bližem i na suprotnom kraju linije. Kako se prenos podataka preko DSL veze ostvaruje komutacijom paketa a prenos govora komutacijom kola neophodno je postaviti na krajevima pristupnih linija razdelnike DSL i signala govora. Zbog pojave preslušavanja nephodno je da razdelnici(filtri) na korisničkom priključku i u lokalnoj centrali budu tako podešeni da uklone interferirajuće signale, Sl.3. Lokalna efonska centrala Komutator ADSL pirstupni multiplekseri Razdelnik ADSL i efonskog saobraćaja Kuća Razdelnik ADSL i efonskog saobraćaja (u kućnom priključku) Kućna instralacija Kućna instralacija ADSL modem Sl.3 Veza izmedju ADSL korisnika i lokalne centrale. Rastojanje izmedju korisnika i lokalne centrale značajno utiče na dostupan protok tako da je u slučaju VDSL-a (Very High Speed, DSL) garantovani protok na rastojanjima do 300m od lokalne centrale 54Mb/s, na rastojanju 1.5km do 14.5Mb/s dok korisnici na rastojanjima većim od 5km, bez obzira na poboljšanja u pristupnoj mreži, ne mogu koristiti DSL servis. Sa stanovišta funkcionisanja mreže, klasičan efonski servis može biti podržan na tri načina, [3]. U slučaju odvojene realizacije širokopojasne mreže, uskopojasni sistem unapredjuje se potrebnim elementima za formiranje širokopojasne mreže, koji su u labavoj vezi sa elementima uskopojasne mreže. Kod korisnika i ONU obavezno se postavljaju razdelnici, kako bi se razdvojili VDSL i IDSN ili govorni, Sl.4. Dok su linijski terminali (modemi) za ADSL obično instalirani u lokalnim centralama, a redje u optičkim mrežnim jedinicama (Optical Network Unit, ONU), i obavezno se postavljaju znatno bliže krajnjim korisnicima tj. u optičkim mrežnim jedinicama. Širokopojasni Pristupni cvor Linijski terminal ATM komutator Lokalna efonska (uskopojasni) centrala Linijski terminal Opticka veza Linijski terminal za prijem efonskih signala Opticka mrežna jedinica Opticki mrežni terminal VDSL Razdelnik VDSL i efonskog signala VDSL i efonski Razdelnik VDSL i efonskog signala Korisnik prikljucak PC podaci signal Sl.4 Zaseban prenos širokopojasnih i uskopojasnih signala. U slučaju integrisanog efonskog servisa u okviru širokopojasne mreže, funkcije uskopojasne i širokopojasne mreže realizuju se u okviru istih elemenata. Upotreba razdelnika na strani ONU i korisnika je neophodna ali se prenos odvojenih efonskih ili ISDN signala završava već u ONU, gde se oni prevode u pogodan format za dalji prenos kroz mrežu. U slučaju potpuno digitalne pristupne mreže, iz i ka JFTM prenose se u potpuno digitalnoj formi VDSL ili optičkim linijama, kada je postojeća pristupna mreža u potpunosti izmenjena. Zbog toga, ONU može biti manjih dimenzija jer nema potrebe za ugradnjom razdelnika, Sl.5. Pristupni čvor, (Access Node, AN), koncentriše saobraćaj sa različitih ONU ka jednom ili više provajdera. U slučaju
integracije efonskog servisa u okviru digitalne pristupne mreže, pristupni čvor sadrži i neophodni interfejs za komunikaciju sa JFTM. Pristupni čvor može biti pozicioniran u lokalnoj centrali ili izmešten znatno bliže korisniku ukoliko za tim postoji potreba, jer jedan AN može opsluživati i do 10000 korisnika. pojačavali, Sl.6. Za potrebe interaktivnih servisa definisan je opseg 5-42MHz namenjen prenosu analognih i digitalnih signala od korisnika ka čvorištu. Ujedno, da bi se osigurao brz pristup Internetu glavno čvoršte se povezuje direktno sa mrežom provajdera Internet servisa linkom kapaciteta ne manjeg od 45Mb/s. Širokopojasni (uskopojasni) Pristupni cvor Linijski terminal Uskopojasna intefejsna jedinica ATM komutator Linijski terminal Opticka veza Opticka mrežna jedinica Opticki mrežni terminal VDSL (efonski signal šalje se preko VDSL-a) VDSL modem Korisnik Koder/ dekoder efonskog signala podaci signal Saitska antena DISTRIBUTIVNI CENTAR Koaksijalni vod Koaksijalni napojni vod LOKALNO ČVORIŠTE LOKALNO ČVORIŠTE LOKALNO ČVORIŠTE Domaćinstva Pojačavači Sl.5 Potpuno digitalna korisnička linija. Optička mrežna jedinica sastavljena je od a, interfejsne jedinice za pristup optičkoj mreži i multipleksera. U slučaju integracije efonskog servisa, ONU je opremljena interfejsnom jedinicom za povezivanje sa JFTM i obično podržava 10-20 VDSL linija. Na korisničkoj strani, VDSL modem može biti povezan na lokalnu računarsku mrežu (Local Area Network, LAN) ili lokalnu automatsku efonsku centralu (Private Automatic Branch Exchange, PABX) ukoliko se radi o poslovnim korisnicima, ili na multimedijalni terminal (TV, računar i sl.) ukoliko se radi o rezidencijalnim korisnicima. Pokušaji provajdera da izbegnu dodatne modifikacije i troškove u pristupnoj mreži, rezultirali su pojavom G.Lite standarda koji ne zahteva upotrebu razdelnika. Ovim rešenjem dobijeni su jeftiniji i jednostavniji DSL G.Lite modemi ali sa smanjenim mogućim protokom na 1.5Mb/s na downlinku i 512kb/s na uplinku. Značajna prednost JFTM kao pristupne mreže jeste u činjenici, da se dostupni resursi ne dele izmedju korisnika. IV KABLOVSKE, HIBRIDNE I OPTIČKE PRISTUPNE MREŽE Kablovske pristupne mreže projektovane su originalno za distribuciju TV signala na terenima gde nije moguć klasičan, bežični, prijem i raspolažu protokom signala u pristupnom delu ograničenim na 750Mb/s. Smanjenjem rastojanja izmedju regeneratora u okviru pristupne mreže kapacitet koaksijalnih mreža može da se poveća i na nekoliko desetina Gb/s. No, kako je za prenos jednog analognog TV signala odredjen opseg od 6MHz u SAD i 8MHz u Evropi, trenutno dostupan opseg više je nego dovoljan za emitovanje blizu 100 TV kanala. CaTV mreže predstavljaju idealan način distribucije TV signala kada veliki broj korisnika prima isti sadržaj. Nasuprot tome, u slučaju kada korisnici zahtevaju zasebne sadržaje, poput videa-na-zahtev, ili širokopojsnog pristupa Internetu, mreža nije u stanju da zadovolji potrebe korisnika i sistem brzo ulazi u zasićenje jer je po jednom korisniku u mreži prosečno dostupan opseg od samo 31kHz, [1]. Dodatno, kako je prenos TV signala jednosmeran proces to je neophodno izvršiti modernizaciju mreža i pojačavače signala u pristupnim mrežama učiniti dvosmernim kako bi se i povratni Sl.6 Struktura CaTV mreže. S obzirom na interaktivnost servisa potrebno je uskladiti prenos podataka na uplinku i downlinku, zbog čega se primenjuje pristup sa vremenskom raspodelom korisnika (Time Division Multiple Access, TDMA). Višestruki pristup sa osluškivanjem nosioca (Carrier Sence Multiple Access, CSMA), primenjen u Ethernet mrežama, zbog distribuiranosti sistema i mogućnosti kontrole samo iz glavnog distributivnog centra, nije moguće primeniti jer se ponovno slanje signala, posle kolizije i pojave greške pri prethodnom prenosu, ne može izvršiti u dovoljno kratkom roku. U slučaju jakog uticaja šuma primenjuje se i sinhroni pristup na bazi kodne raspodele korisnika (Synchronous Code Division Multiple Access, S-CDMA). Strukture hibridnih koaksijano-optičkih (Hibrid Fiber- Coax, HFC) i optičkih mreža slične su strukturi prikazanoj na Sl.6. U HFC mrežama pristupne mreže su realizovane upotrebom koaksijalnih kablova ili kombinacijom koaksijalnih i optičkih kablova. Moderan HFC sistem koristi optičke kablove za povezivanje centralnog čvorišta sa perifernim od kojih se veze sa pojedinačnim korisnicima ostvaruju preko koaksijalnih kablova. Stoga, neophodno je izvršiti dvostruku konverziju signala iz električnog u optički i obrnuto. Kada centralno čvorište ima obavezu da servisira veliki broj korisnika, servisna zona se može izdeliti na veći broj manjih zona kontrolisanih zasebnim (regionalnim) distributivnim centrima. Pri tome, svi regionalni centri povezani su sa centralnim i medjusobno preko dualnog redudantnog optičkog prstena zarad veće pouzdanosti. Optičke pristupne mreže (Fiber To The Home, FTTH) predstavljaju danas konačno rešenje širokopojasnog korisničkog pristupa sa protocima reda 10Gb/s raspoloživim za krajnje korisnike. Prenos signala ostvaruje se tehnikama multipleksiranja po talasnim dužinama (Wavelength Division Multiplexing, WDM). Na downlinku podaci se difuzno šalju na 1490nm primenom TDM dok se na uplinku primenjuje prenos signala na talasnoj dužini 1310nm, upotrebom TDMA kako bi se
podržala veza više tačaka-tačka. Po trećoj talasnoj dužini 1510nm, vrši se difuzni prenos signala u tranzitnoj mreži. Fizička realizacija pristupne mreže izuzetno je skupa, jer se zahteva dovodjenje optičkog kabla do svakog korisnika u sistemu. Uzimajući u obzir činjenicu da preko jednog čvorišta servisima pristupa od 500-1000 korisnika, jasno je da troškovi realizacije pristupne optičke mreže ne mogu biti značajnije smanjeni. Kao i kod ostalih mreža kod kojih se resursi dele izmedju korisnika u okviru pristupnih mreža, maksimalan dostupan protok po korisniku diktiran je brojem trenutno aktivnih korisnika u lokalnoj mreži. S obzirom na dostupan protok i trenutno dostupne servise, ovo smanjenje protoka sa stanovišta korisnika je zanemarljivo. Šta više, trenutno interesovanje korisnika ukazuje na činjenicu da se servisi interesantni i finansijski dostupni korisnicima mogu ponuditi preko alternativnih tipova pristupnih mreža, čime optičke pristupne mreže, u ovom trenutku, postaju finansijski neisplative. V NISKONAPONSKA EDB MREŽA KAO TELEKOMUNIKACIONA PRISTUPNA MREŽA Procesi demonopolizacije ekomunikacija i tržišta električne energije kao jednu od atraktivnih mogućnosti izbacile su realizaciju savremenih ekomunikacionih mreža korišćenjem vodova niskog napona kao prenosnog medijuma. EDB mreža dugo se već koristi za prenos podataka malim protocima i njihova upotreba ograničena je samo u korporacijske svrhe distributivnih preduzeća. S obzirom na to, da su najzainteresovaniji za upotrebu širokopojasnih servisa zaposleni u malim preduzećima i stanari većih blokova zgrada, sa zahtevanim protokom od nekoliko desetina Mb/s pa do 512Mb/s, lokalna mreža niskih vodova nameće se, pre svega, kao mogući način za realizaciju LAN ili drugih tipova lokalnih mreža.edb mreža je veoma loš prenosni medijum u poredjenju sa koaksijalnim kablom ili optičkim vodom jer se odlikuje propusnim opsegom od samo 300kHz, ograničenom predajnom snagom, visokim nivoom smetnji i promenljivim vrednostim slabljenja i impedanse. Postojeći standardi dodatno ograničavaju upotrebu niskonaponskih vodova u ekomunikacione svrhe jer definišu prenos signala frekvencija 50 i 60Hz, dok se za potrebe ekomunikacija prenose sa nosiocima na nekoliko MHz. Pri analizi postojeće infrastrukture, kada se razmatra mogućnost primene distributivne mreže kao pristupne mreže, mogu se formirati tri njena modela, [4].Prvi model predstavlja periferije velikih gradova gde se pretpostavlja jednak odnos malih zgrada sa više stanova i pojedinačnih kuća, a distributivne trafo stanice su blizu jedna drugoj. Smatra se da je mreža distributivnih kablova podzemna i potpuno poznatih karakteristika, dok je 80% svih korisnika na rastojanju manjem od 300m od trafo stanice, a na rastojanju do 500m su svi korisnici. Uz odredjena prilagodjenja impedanse ova oblast je odlična za prenos ekomunikacionih signala po vodovima niskog napona. Drugi model je seoski ili periferija manjih gradova. Svi distributivni kablovi su podzemni a rastojanja do distributivnih transformatora su mala. Mreža ima strukturu drveta, sa malo grana i znatno manji broj diskontinuiteta impedanse nego prethodni model. Takodje, u ovom slučaju je gustina korisnika manja nego u prvom modelu. Treći model je tipičan ruralni model sa odredjenim brojem zaseoka koji su prostorno dislocirani. Teren se sastoji od polja, livada i šuma. Oko 80% kablova su vazdušni. Dužina kablova sa zaštitom je mala, oni su samo na ulazu u domaćinstvo a postoji po jedan distributivni transformator po 1km 2. Realizacija pristupnih mreža upotrebom niskonaponske mreže u ovakvim sredinama nije ekonomski isplativa zbog malog broja korisnika i velikog rastojanja izmedju njih. Struktura EDB mreže može se posmatrati i sa stanovišta postojeće naponske strukture mreže. Visokonaponski segment mreže predstavljaju vodovi izmedju elektrocentrala i rezidencijalnih zona, sa dobrim propagacionim karakteristikama na visokim učestanostima, zbog čega je moguće preneti signale u opsegu 40-500kHz na rastojanjima većim od 500km. Poslednjih godina prenos ekomunikacionih signala odvija se i preko optičkih vodova položenih zajedno sa dalekovodnim kablovima. Vodovi srednjeg naponskog nivoa predstavljaju segment mreže primenjen u gradskim sredinama i ne koriste se za prenos ekomunikacionih signala, dok treći segment predstavlja niskonaponska distributivna mreža koja povezuje srednjenaponsku mrežu sa potrošačima preko transformatorskih stanica 10/0.4kV. Pravne regulative i standardi definisani su u Evropi CENELEC uredbom EN 50065-1, 9-95, Sl.7, dok se u Japanu koristi opseg 10-450kHz, i u SAD opseg 535-1705kHz, (bez AM opsega). V max (dbmv) 134 120 40 116 Korporacijske namene Širokopojasna modulacija Uskopojasna modulacija A - Opseg Potrošači Industrijska primena Normalna upotreba B - Opseg C - Opseg D - Opseg 3 9 95 125 140 148.5 f(khz) Sl.7 frekvencijski opsezi za prenos signala EDB vodovima. A-opseg, koriste isključivo elektroprivredna preduzeća (prenos uskopojasnih i širokopojasnih signala); B-opseg mogu koristiti svi korisnici distributivne mreže i za njega nije definisan nijedan način pristupa dok opseg učestanosti od 125-140kHz (C-opseg) mogu, takodje, koristiti svi korisnici. D-opseg mogu koristiti svi korisnici distributivne mreže i za njega nije definisan način pristupa. EDB mreža sa stanovišta prenosa ekomunikacionih signala predstavlja izuzetno nezahvalan medujum za prenos s obzirom na to, da se šum u sistemu ne može definisati kao Gaussov. Kada su u pitanju rezidencijalni korisnici primarni izvori šuma su uredjaji koji se koriste u domaćinstvima, što u samom domaćinstvu korisnika što u susednim domaćinstvima. Dodatno se javljaju šum pozadine, koji se unosi sa primarne strane distributivnog transformatora ili usled elektromagnetske radijacije, impulsni šum, usled svih operacija prekidanja, i šum sinhron sa učestanošću sistema.
VI JAVNA MOBILNA TELEFONSKA MREŽA Zahtevi korisnika za mobilnošću učinili su da mobilni ćelijski sistemi budu dostupni u skoro svim zemljama sveta iako pate od nedostatka kapaciteta, čak i kada je u pitanju prenos govora, i niskog kvaliteta prenošenog signala koji je znatno niži od kvaliteta signala u žičnim sistemima. Pojava digitalnih mobilnih sistema 90-tih godina prošlog veka nije donela značajnije poboljšanje kvaliteta signala, što je kompenzovano mobilnošću korisnika i skupom dodatnih usluga. JMTM pojavljuju se i kao interesantna opcija za realizaciju pristupnih mreža. Uloga mobilnih ćelijskih sistema kao pristupnih mreža mnogo je značajnija u zemljama u razvoju, gde vladaju specifični regulatorni i ekonomski uslovi i gde je gustina korisnika znatno manja. Provajderi mobilne efonije pokušali su proboj na polje kućnih korisnika smanjenjem cena poziva u večernjim časovima i poboljšanim indoor pokrivanjem. Bez obzira na ove napore, provajderi mobilnih sistema ubrzo su shvatili da se ne mogu takmičiti na polju cena sa nacionalnim provajderima fiksnog efonskog servisa a da, istovremeno, razvoj indoor mreža iziskuje velike troškove i spori povraćaj sredstava. Krajem 1998.g. mobilni operateri usluživali su samo 5% rezidencijalnih korisnika, [1]. Sa pojeftinjenjem opreme i razvojem novih tehnologija ovaj procenat se polako povećava i iznosi blizu 10%. GSM je trenutno najrasprostranjena tehnologija u JMTM. To je TDMA/FDMA digitalni mobilni ćelijski sistem instaliran u više od 250 zemalja širom sveta i predstavlja de facto standard za mobilne sisteme druge generacije. GSM sistem koristi kanale širine 200kHz, a kao modulacioni postupak primenjuje se GMSK, što za posledicu ima visoku medjukanalnu interferenciju. Svaki od kanala podeljen je u 8 vremenskih slotova tj. 8 govornih kanala sa maksimalnim kvalitetom signala ili 16 kanala sa smanjenim kvalitetom govornog signala. GSM koristi kompleksni RPE-LTP koder protoka 13kb/s, koji pruža kvalitetniji signal u odnosu na vokodere u analognim ćelijskim sistemima, ali ipak slabijeg kvaliteta nego što je kvalitet signala u JFTM ili rezidencijalnim bežičnim sistemima. GSM standard, takodje, podržava i prenos faksimil signala grupe 3. Prelaz u sledeću fazu razvoja GSM sistema, tzv. fazu 2+, doveo je do razvoja paketskog prenosa podataka protocima do 64kb/s uz verovatnoću greške od 0.3%, poznatog pod nazivom GPRS. Iako se GPRS najavljivao kao napredak na polju tehnologije i izlazak u susret potrebama korisnika i njihovim zahtevima za dodelu većih protoka, on i do danas nije zaživeo na tržištu na pravi način. Njegova nefleksibilnost i stav provajdera mobilne efonije, koji su se u ovom slučaju postavili kao provajderi ne samo servisa već i sadržaja, doveli su do malog interesovanja kod kompanija koje bi korisnicima mogle ponuditi razne servise putem GPRS-a. Trenutno stanje na GSM tržištu u Evropi ukazuje na visoku gustinu mobilnih efona u visoko razvijenim zemljama i nizak procenat u zemljama u razvoju. No ipak, u većini zemalja u razvoju, gustina efonskih priključaka koji potiču iz JFTM nije mnogo veći nego što je gustina GSM priključaka, tako da se GSM sistemi mogu iskoristiti u velikom broju slučajeva kao pristupne mreže. Servisi koji bi korisnici mogli koristiti bazirali bi se na klasičnom efonskom servisu. Eventualnom modifikacijom sistema i smanjenjem cene usluga pojedini korisnici bi bili zainteresovani i za upotrebu servisa prenosa podataka. Tab.2 Karakteristike GSM sistema. Servisi Telefonija Podržana uz nešto slabiji kvalitet nego u JFTM ISDN Podržano od 1999. godine uz relativno nisku primenu na terenu Faksimil Podržan faks grupe 3 Prenos podataka Maksimalan protok 9.6kb/s Videofon Nije podržan Dodatni servisi Širok opseg dodatnih funkcija Istovremeno angažovanje više kanala za potrebe širokopojanih servisa Domet (radius) Kapacitet po ćeliji 2 1MHz (9-o ćelijski klaster) Performanse Nije podržan sem za potrebe GPRS-a Do 30km u skladu sa topografijom terena 10 kanala uz maksimalan kvalitet govornog signala 20 kanala uz smanjen kvalitet govornog signala Treba istaći da korisnici u razvijenim zemljama nisu zadovoljni mogućim servisima, i za njih GSM sistemi ne predstavljaju zadovoljavajuće rešenje u domenu pristupnih mreža. Nasuprot njima, korisnici u zemljama u razvoju, koji bi se zadovoljili isljučivo klasičnim efonskim servisima, nisu u stanju da materijalno priušte sebi ovaj servis. Zbog toga se može očekivati da će GSM tehnologija odigrati značajniju ulogu u okviru pristupnih mreža tek u okviru realizacije FWA sistema zasnovanih na GSM tehnologiji. Prema trenutnom stanju u SRJ mobilni efon poseduje preko 2 miliona korisnika, [5], Sl.8. Broj korisnika (mil.) 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Srbija (12% - 2001.g.) Crna Gora (18% - 2001.g.) Hrvatska (20% - 2001.g.) Slovenija (52% - 2001.g.) Makedonija (5% - 2001.g.) Ceska republika (40% - 2001.g.) Madjarska (30% - 2001.g.) Rumunija (11% - 2001.g.) Bugarska (7.2% - 2001.g.) Izvor: Public Network Europe 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 Sl.8 Broj korisnika JMTM u regionu. VII FIKSNI BEŽIČNI PRISTUP Problemi vezani za fizičko povezivanje korisnika i centrala naveli su ekomunikacionu industriju da rešenje za povezivanje korisnika sa centralama potraži u bežičnim tehnikama prenosa signala. Na ovaj način došlo je do razvoja sistema sa fiksnim bežičnim pristupom u lokalnoj petlji. FWA sistemi nude svojim korisnicima niz prednosti u odnosu na klasičnu efonsku mrežu. Na to koliko će brzo
FWA sistemi biti primenjeni na ekonomski razvijenim tržištima uticaće, pre svega, cena i propusni opseg. Zamena bakarnih parica radio-vezom doprinosi znatnom smanjenju troškova instalacije sistema. Zbog odsustva gradjevinskih radova neophodnih za postavljanje bakarnih parica, koji iznose i do 80% ukupnih troškova, cena korisničkog priključka znatno je niža i time pristupačnija stanovništvu u nerazvijenim i zemljama u razvoju. Zahvaljujući radio-pristupu u lokalnoj petlji troškovi održavanja i servisiranja sistema su znatno smanjeni u odnosu na klasične sisteme. Smanjena je verovatnoća otkaza usled spoljnih rizika kao što su fizička oštećenja kabla ili oštećenja izazvana vremenskim neprilikama. U slučaju kvara, vreme za opravku mnogo je kraće nego kod klasičnih sistema jer nema potrebe za složenim testiranjem mreže kako bi se lokalizovao kvar. U urbanim sredinama gde ne postoji mogućnost postavljanja bakarnih parica, FWA sistemi nameću se kao optimalan izbor za proširenje postojeće mreže i uvodjenje novih servisa, Tab.3. Velika zona pokrivanja u seoskim sredinama i veliki kapacitet pogodan za uvodjenje širokopojasnih servisa u urbanim sredinama nameću FWA sisteme kao rešenje čak i za formiranje nacionalnih mreža. Tab.3 Zahtevi FWA korisnika u razvijenim i zemljama u razvoju. Ekonomski razvijene zemlje Zemlje u razvoju Urbana/suburbana zona Ruralna zona Prenos podataka velikim protocima Ograničena mobilnost Visok nivo saobraćaja Velika gustina korisnika Prenos podataka velikim protocima Ograničena mobilnost Mala gustina korisnika Napredni servisi Široka zona pokrivanja Kvalitetan prenos govora (PSTN) Modemski prenos podataka Odsustvo mobilnosti ili ogranič ena mobilnost Visok nivo saobraćaja Velika gustina korisnika Kvalitetan prenos govora (PSTN) Modemski prenos podataka Odsustvo mobilnosti ili ogranič ena mobilnost Mala gustina korisnika Na žalost, sve vrste FWA sistema nisu u stanju da odgovore na ove zahteve. FWA sistemi ne traže dodatne kablove ali traže dodatne frekvencijske opsege. Rešenje se može naći u radu u opsezima za koje nije potrebna licenca, ili radu u frekvencijskim opsezima već dodeljenim drugim sistemima, upotrebom prenosa signala tehnikama proširenog spektra. Nepostojanje jasno definisanog frekvencijskog opsega za FWA sisteme i globalnog standarda za opremu, ograničava njihovu realizaciju i dodatno je komplikuje. Karakteristike medijuma za prenos su promenljive pa pojave raznih vrsta atmosferalija, promene doba dana ili godišnjeg doba bitno utiču na FWA sisteme kod kojih se prenos signala vrši na izuzetno visokim frekvencijama. Tako, FWA sistemi poput MMDS (Microwave Multipoint Distribution System) i LMDS (Local Multipoint Distribution System) mogu korisnicima ponuditi bežični pristup, efonski i multimedijalne servise u frekvencijskim opsezima od 10 do 40GHz, u zavisnosti od dodeljenih opsega u pojedinim zemljama. Rad na ovim frekvencijama ne može osigurati široke zone pokrivanja zbog izuzetne osetljivosti signala na uslove propagacije. Pored toga, u nedostatku kvalifikovanog tehničkog osoblja na osnovnom nivou, posebno u zemljama u razvoju, popravka ili zamena baznih stanica i korisničke opreme može biti problematična. Pojednostavljeni model arhitekture FWA sistema prikazan je na Sl.9. PTT vodovi Javna fiksna efonska mreža Komutator AM HLR Kontoler WLL Standardan mrežni interfejs IS-634, V5.2, GR.303 Primopredajnik WANU Radio interfejs WASU WInT Interfejs ka WLL mreži Sl.9 Opšta arhitektura FWA sistema. Jedinica za bežični pristup (Wireless Access Network Unit, WANU) sastoji od primopredajnika u baznoj stanici ili radio portova radiokontrolera, menadžera pristupa (Access Menager, AM) i domaćeg registra adresa (Home Location Register, HLR). WANU treba da obezbedi autentifikaciju i privatnost vazdušnog interfejsa, menadžment radio-resursa, menadžment ograničene mobilnosti i over-the-air registraciju korisničkih jedinica. Pored ovih funkcija, WANU može obavljati i funkcije održavanja, rutinga, naplate i komutacije ako je potrebno. Takodje, WANU treba da obezbedi prevodjenje protokola i prevodjenje servisa prenosa podataka i govora. Prenos signala izmedju centrale i bazne stanice može biti ostvaren preko iznajmljenih linija, kablova raznih vrsta ili preko mikrotalasnih linkova. Mikrotalasni linkovi su najbolje rešenje (ukoliko već ne postoji žična infrastruktura) jer se brzo realizuju, imaju nisku cenu i uz kodiranje sa korekcijom greške unapred obezbedjuju rad sa verovatnoćom greške od 10-10. Najveća mana ovakve realizacije može biti nedostatak optičke vidljivosti, bilo u trenutku planiranja bilo kasnijom izgradnjom objekata na liniji optičke vidljivosti, i problem zauzetosti frekvencijskih opsega. Jedinica za bežični pristup korisnika mreži (Wireless Access Subscriber Unit, WASU) obezbedjuje radio-interfejs ka mreži i klasičan interfejs ka korisniku. Ovaj interfejs podrazumeva konverziju protokola, transkodovanje, funkcije autentifikacije, funkcije modema za prenos podataka u opsegu namenjenom za prenos govora itd Uobičajna klasifikacija FWA sistema podrazumeva podelu prema načinu fizičke realizacije na delom žične, delom bežične ili na potpuno bežične sisteme, prema načinu upotrebe ili primenjene konfiguracije na mreže sa fiksnim radio-pristupom, rezidencijalnom i ograničenom mobilnošću, i prema načinu primenjene tehnologije na sisteme zasnovane na tehnologijama namenjenim mobilnim ćelijskim sistemima, rezidencijalnim sistemima i na mikrotalasnim tehnikama prenosa signala po principu tačka-više tačaka. Veza izmedju centrale i korisnika u delom žičnim, delom bežičnim FWA pristupnim mrežama realizuje se upotrebom fizičkih veza, Sl.10. U svim ostalim delovima sistema koristi se radio-prenos. Ovakav vid organizacije predstavlja delimično rešenje problema polaganja kablova, što je dobar kompromis u slučajevima kada je negde moguće delom iskoristiti postojeću infrastrukturu ili nije moguće uspostaviti bežičnu mrežu. U slučajevima kada je moguće unutar mreže organizovati potpuno bežične veze primenjuje se potpuno bežična arhitektura FWA mreža, Sl.11. Veze sa kraja na kraj
sistema potpuno su bežične i na njima postoje razvodne tačke koje predstavljaju pandan PTT ormarima u JFTM. Lokalna efonska centrala Fizička veza Parice za ostale lokalne korisnike Kontroler FWA sistema Protok 2 Mb/s Digitalna korisnička petlja Multiplekser Bazna radio stanica Ka drugim baznim stanicama Fiksni korisnici Mobilni korisnici Sl.10 Delom žična, delom bežična FWA pristupna mreža. Dvožična fizička veza Lokalna efonska centrala FWA bazna stanica Bazna stanica u ćelijskom mobilnom sistemu Sl.11 Potpuno bežična FWA pristupna mreža. FWA pristupne mreže realizovane u formi fiksnog radiopristupa podrazumevaju da su korisnički terminali apsolutno nepokretni. Krajnjim korisnicima je omogućeno da komuniciraju sa kontrolerom radio-mreže direktno ili preko baznih stanica, Sl.12. Sistemi sa rezidencijalnom mobilnošću omogućavaju korisniku da efonira dok se kreće po kući ili u njenom najbližem okruženju, s obzirom da se terminali koriste kao klasični bežični rezidencijalni sistemi. Mobilnost je ograničena zonom pokrivanja jedne bazne stanice koju kontroliše kontroler radio-mreže. FWA sistemi sa ograničenom mobilnošću pružaju korisnicima najviše slobode u pogledu mobilnosti terminala jer je sistem organizovan tako da se na korisničkom kraju postavlja PABX koja obavlja funkciju posredovanja izmedju krajnjeg korisnika sa jedne i FWA bazne stranice sa druge strane sistema. Na ovaj način ostvarena je maksimalna sloboda koja se u FWA sistemu može pružiti korisniku. FWA sistemi zasnovani na tehnologijama namenjenim mobilnim ćelijskim sistemima poseduju strukturu sistema vrlo sličnu strukturi mobilnih ćelijskih sistema. Ovi FWA sistemi najčešće su realizovani upotrebom GSM i IS-95 tehnologija. Manji broj sistema zasniva svoj rad na analognim tehnikama. Kao i svi sistemi zasnovani na mobilnim ćelijskim sistemima, ovi sistemi rade sa većim snagama čime je osiguran veći domet i poluprečnici zona pokrivanja od 10km ili veći, no osnovni problem u ovim sistemima je osrednji kvalitet servisa i problem sa mogućim prenosom podataka. Zbog toga su ovi sistemi namenjeni za srednje gusto naseljene terene i služe pre svega kao dopuna osnovnim efonskim servisima. Sa stanovišta korisnika, nemogućnost upotrebe širokopojasnih servisa može se kompenzovati upotrebom jednog terminala čiji se pozivi unutar FWA mreže tarifiraju kao fiksni dok se izvan FWA mreže isti terminal tretira kao mobilni, uz ekonomski povoljnije uslove za aktivirani servis. JFTM Lokalna efonska centrala Kontroler radio mreže Fiksni radio pristup FWA bazna stanica Sistem sa ograničenom mobinošću Sl.12 FWA sistemi sa fiksnim radio-pristupom i rezidencijalnom mobilnošću. FWA sistemi zasnovani na tehnologijama namenjenim kućnoj bežičnoj efoniji realizuju se primenom DECT (Digital European Cordless Telephone), PACS (Personal Access Communicaton System) i PHS (Personal Handyphone System) tehnologija koje su preporučene od strane Medjunarodne ekomunikacione unije (International Telecommunication Union, ITU) za realizaciju FWA pristupnih mreža. Rezidencijalne tehnologije nude potencijalno viši nivo saobraćaja, bolji kvalitet prenošenog govora i prenos podataka višim protocima zbog kanala opsega 32kb/s i upotrebe adaptivne diferencijalne impulsnokodne modulacije. Za razliku od sistema realizovanih upotrebom tehnologija primenjenih u JMTM, FWA sistemi zasnovani na rezidencijalnim tehnologijama jednostavno se povezuju sa centralama u JFTM, bez upotrebe dodatnih kontrolera.fwa sistemi zasnovani na tačka-više tačaka mikrotalasnim tehnikama prenosa signala spadaju u grupu sistema baziranih na tehnologijama pogodnim za ruralne terene, a mogu se iskoristiti i za prenos širokopojasnih signala. Mikrotalasni linkovi već dugi niz godina su u upotrebi i pokazali su se vrlo pouzdanim, a kao dodatna prednost ističe se njihovo lako povezivanje sa JFTM i mogućnost da se preko njih ponude i ISDN servisi.specifična vrsta FWA pristupnih mreža realizuje se upotrebom saitskih linkova i namenjeni su pružanju efonskog servisa seoskim zajednicama ili izolovanim zonama kao što su ostrva. Ovakvi sistemi naknadno su dodati već postojećim saitima u sistemima za mobilnu komunikaciju smeštenim u GEO, MEO i LEO orbitama, zbog čega se odlikuju niskim kvalitetom servisa. Pružanje širokopojasnih servisa visokog kvaliteta, koji bi opravdali trenutno vrlo visoku cenu realizacije ovakvih sistema, biće omogućeno razvojem širokopojasnih saitskih sistema. VIII ZAKLJUČAK U budućnosti se može očekivati kontinualan razvoj kako žičnih tako i bežičnih pristupnih mreža kako bi se uskladile potrebe korisnika za širokopojasnim servisima i ekonomski interesi provajdera servisa. Trenutno stanje na tržištu ukazuje da ne postoji dovoljno veliki broj korisnika zainteresovanih za upotrebu širokopojasnih servisa da bi se investicije u izgradnju novih tipova žičnih pristupnih mreža u potpunosti isplatile. Zbog toga se provajderi postojećih servisa prilikom uvodjenja novih širokopojasnih servisa odlučuju za tehničke modifikacije već postojećih pristupnih mreža i upotrebu novih, naprednijih, modulacionih postupaka sa ciljem da se krajnjim korisnicima ponude protoci do 10Mb/s. U ovim modifikacijama predvode provajderi CaTV.
Upotreba bakarnih parica kao pristupne mreže u okviru JFTM posle pojave DSL tehnologija dobija na svom značaju. Minimalne izmene u pristupnoj mreži, zadovoljavajuća sigurnost korisnika i garantovani protok u okviru pristupne mreže čine da, pre svega, ADSL sa stanovišta korisnika predstavlja prihvatljivu opciju pristupa širokopojasnim servisima. Na provajderima javnog fiksnog efonskog servisa leži odgovornost da na ove zahteve odgovore brzo, uz prihvatljive ekonomske uslove za korisnike kako ne bi i DSL tehnologije doživele sudbinu ISDN tehnologije. Nasuprot ovim pristupnim mrežama, optičke pristupne mreže u skorijoj budućnosti neće biti dostupne u većem broju domova korisnika jer se u ovom trenutku protoci neophodni za prenos sadržaja u okviru postojećih servisa mogu ostvariti preko alternativnih i znatno jeftinijih pristupnih mreža. Kompromis izmedju cene, brzine realizacije i dostupnog opsega čine bežične pristupne mreže optimalnim izborom. Korisnici u ruralnim sredinama, nezainteresovani za širokopojasne servise, mogu se odlučiti za realizaciju FWA pristupnih mreža upotrebom tehnologija nasledjenih iz mobilnih sistema druge generacije, čime bi se ostvarila značajna materijalna ušteda. Provajderi javnog mobilnog efonskog servisa treće generacije mogu u okviru svojih mreža ponuditi i mobilnim i fiksnim korisnicima velike protoke, i tako povećati profit i smanjiti rizik. Istovremeno, fiksni korisnici bi mogli koristiti ovaj servis kao dopunski već postojećem klasičnom efonskom servisu dok bi se mobilni korisnici mogli u potpunosti osloniti na provajdera mobilne efonije. Razvoj sistema četvrte generacije upućuje na to, da se sistemi ove generacije mogu smatrati univerzalnim rešenjem širokopojasnog pristupa za fiksne i mobilne korisnike, koji bi preko jednog univerzalnog terminala koristili servise kućne i mobilne efonije, prenos podataka, pristup Internetu i druge servise sa protocima od 100Mb/s na downlinku i 20Mb/s na uplinku. Konačno, FWA pristupne mreže već duži niz godina predstavljaju jednostavno i jeftino rešenje razvoja ekomunikacone infrastrukture. Ovaj vid realizacije pristupnih mreža i uključenje novih korisnika veoma je povoljan za zemlje u razvoju, koje ne mogu obezbediti svojim stanovnicima osnovne ekomuikacione servise. Prema predvidjanjima ITU, broj FWA korisnika do kraja 2002. godine trebao je da iznosi blizu 350 miliona ali nepostojanje definisanog frekvencijskog opsega namenjenog za rad ovih sistema i standarda doveli su do toga da je ovaj broj znatno manji i iznosi približno 100 miliona priključaka. Očekuje se da će broj FWA korisnka rasti, do blizu 7 miliona korisnika u 2006. godini, [6], Sl.13. Broj korisnika [milion] 7 6 5 4 3 2 1 Pretplatnici u FWA sistemima u opsezima za koje nije potrebna licenca (900MHz, 2.4GHz i 5-6GHz) Izvor: Allied Bussiness Inligence Inc. 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Godina Sl.13 Predvidjeni broj FWA korisnika. LITERATURA [1] W. Web: Introduction to Wireless Local Loop, Artech House, 1998. [2] T. Zahariadis, K. Pramataris, N. Zervos: A comparison of competing broadband in-home technologies, IEE El. & Commun. Magazine, Aug. 2002., pp.133-142. [3] P. Vetter et al: System Aspects of APON/VDSL Deployment, IEEE Comm. Mag., May 2000., pp.66-72. [4] I. Froroth: Home Access Communications-panning out the alternatives, TC Power Europe, 1998, pp. 319-334. [5] Public Network Europe Magazine, www.pneworld.com. [6] Allied Bussiness Inigence Inc., Broadband Wireless Access Forecast, 2002. Abstract: In this paper an overview of currently deployed ecommunications access networks and some types of access networks that are expected to play important role in supporting broadband multimedia services to home and office subscribers are presented. Taking in consideration technical aspects of access networks, economic aspects of their implementation and subscribers interests in broadband communications BFWA has been proposed as an optimal ecommunications access network. TELECOMMUNICATIONS ACCESS NETWORKS Dejan S. Vujić, Miroslav L. Dukić