Rambler's Top100
Статьи ИКС № 1 2009
Даниил КОРНЕЕВ  Сергей БЕРЕЗИН  29 января 2009

Жизнь выше 40 ГГц

В миллиметровом диапазоне тоже есть жизнь, и не просто жизнь, а большой бизнес предоставления услуг связи на гигабитных скоростях. Но на территории России эта форма жизни только зарождается. А бьет ключом она, как всегда, за кордоном. Почему?

Даниил Корнеев, компания ДОКСергей Березин, компания ДОКПод миллиметровыми волнами (мм-волнами) понимается участок радиочастотного спектра 30–300 ГГц, что соответствует длинам волн 10–1 мм.

Зачем использовать мм-волны? Ведь чем ниже частота, тем больше дальность линии связи и тем она дешевле. Этот тезис с точки зрения физики распространения радиоволн и существующего рынка, безусловно, верен, но… По мере того как нижние участки частотного спектра в больших городах заполняются тысячами одновременно работающих линий связи, создающих значительные помехи друг другу, взгляд операторов в поисках помехоустойчивых продуктов устремляется в верхние, пока свободные частоты.

Чем же они хороши? Ответ в той же физике распространения. Чем выше частота, тем меньше интерференционные помехи, тем 'уже луч сигнала, тем труднее его исказить. А также – чем выше частота, тем проще оформить ее присвоение в официальных органах. И еще. Пока действует правило: чем выше частота, тем больше в частотной сетке свободных полос, а значит – выше потенциальная возможность реализовать гигабитные скорости передачи.

Чем уже, тем лучше

Линии связи миллиметрового диапазона – всегда прямой видимости, поскольку мм-волны эффективно поглощаются препятствиями при практически полном отсутствии переотражений. Даже такие поверхности, как металлические крыши, не дают зеркальных бликов, так как по сравнению с длиной волны их поверхность настолько грубая, что сигнал рассеивается, не создавая помех приемникам мм-волн.

Техника применения мм-волн предусматривает использование остронаправленных параболических ан
тенн, формирующих чрезвычайно узкий луч. Так, ширина диаграммы направленности для антенн диаметром 60 см составляет до 0,5°, а для 90-сантиметровых – до 0,3°. Поэтому про мм-волны говорят, что сигнал распространяется по квазиоптическим законам, подобно лучу лазера. Это позволяет строить чрезвычайно насыщенные беспроводные сети, ведь лучи соседних радиомостов совершенно «не видят» друг друга. К примеру, антенны двух одинаковых параллельно работающих радиомостов можно установить на расстоянии друг от друга, равном пятну засветки от передатчика на противоположном конце трассы, и они не будут создавать взаимных интерференционных помех. Если же используются разные поддиапазоны (частотные каналы) или применена разная поляризация сигнала, то приемники и передатчики можно располагать вообще в непосредственной близости друг к другу.

Именно эта особенность использования мм-волн крайне благоприятна в условиях плотной и крупной городской застройки в противовес условиям развертывания сетей сантиметровых волн, например популярных Wi-Fi-сетей (2,4 ГГц). Кстати, эти две важные особенности мм-волн – отсутствие отражений и узкая диаграмма направленности антенн –и есть те два «кита», на которых зиждется упрощенный характер регистрации миллиметровых линий связи в США и странах ЕС.

Еще одна важная для радиосвязи особенность мм-волн состоит в том, что они затухают в атмосферных газах и гидрометеорах (так называются различные метеорологические факторы) (см. рисунок).

При взаимодействии излучения со средой оно рассеивается, ослабляется и деполяризуется, а также возникают амплитудные и фазовые искажения сигналов. Диапазоны 40,5–43,5; 71–76, парный к нему диапазон 81–86 и 92–95 ГГц – как раз те участки спектра, где наблюдаются локальные минимумы ослабления в атмосфере от молекул кислорода и водяного пара. Исключение составляет диапазон 60 ГГц (в России – полоса 57,2–58,2 ГГц), где ослабление от атмосферного кислорода так велико (~ 20 дБ/км), что реальные дистанции для линий связи в регионах с умеренным или влажным климатом не превышают 1 км.

Гигабитные системы: предложения и потребности

Сегодня таких систем связи на мировом рынке немного. Их предлагают всего три компании: Gigabeam и BridgeWave (обе США) и российская ДОК. Это связано в первую очередь с наукоемким характером продукции и значительными технологическими сложностями при производстве оборудования. Косвенное и характерное подтверждение такого положения дел – полное отсутствие на мировом рынке беспроводных систем связи мм-диапазона китайских производителей.

Из трех производителей гигабитных систем только фирма ДОК имеет действующие сертификаты соответствия на диапазоны 40,5–43,5; 71–76/81–86 и 92–95 ГГц. Заметим также, у Gigabeam и BridgeWave нет оборудования для диапазона 40,5–43,5 ГГц, поскольку он отсутствует в частотной сетке США. Но именно в этом диапазоне при сегодняшнем уровне технологий удается построить наиболее «дальнобойные» гигабитные линии связи. Например, в ЦФО и близких к нему по климатическим условиям регионах России достигается дальность 8 км при коэффициенте доступности более 99,9% (в условиях продолжительных дождей малой и средней интенсивности).

В городах-миллионниках быстро растет спрос на скоростной доступ на окраинах и в пригородах (районы массовой застройки и коттеджные поселки), куда далеко не всегда удается оперативно проложить оптические кабели. Здесь в качестве замещающих технологий можно и нужно использовать беспроводные гигабитные сети. Это легко сделать, учитывая, что гигабитные радиомосты имеют оптический интерфейс и разъемы для непосредственного включения в каналообразующее коммутационное оборудование.

Лицензирование

В России процесс получения частотных присвоений заметно облегчается тем, что для ряда диапазонов существуют обобщенные решения ГКРЧ, хотя и в этом случае операторам придется заниматься регистрацией радиомостов в региональных отделениях службы надзора за связью.

Так, для диапазона 40,5–43,5 ГГц с февраля 2008 г. действует обобщенное решение ГКРЧ № 08-23-04-001, отменяющее необходимость оформления отдельных решений на использование данных радиочастот каждым конкретным пользователем, которое вполне можно назвать революционным для нашей привычно неторопливой разрешительной системы. Оно позволяет российским операторам использовать этот частотный диапазон для построения универсальных беспроводных сетей передачи данных топологии «точка–точка» и «точка–многоточка» без регистрации каждой линии.

Однако последний гигагерц (42,5–43,5 ГГц) этой полосы выделен под совместное использование с военными РЭС и поэтому требует согласования со всеми соответствующими службами. Избежать процесса согласования можно, только не задействуя этот участок.

Аналогичного обобщенного решения ГКРЧ по диапазонам 71–76/81–86 и 92–95 ГГц пока нет, поэтому оформлять свои линии связи для этих диапазонов операторы должны по обычному «медленному» правилу, подавая в ГКРЧ радиочастотные заявки на частные присвоения.

Очевидно, что механизм регистрации частот
мм-диапазона постепенно совершенствуется, повышая интерес к высокочастотным средствам связи и позволяя провайдерам расширять сферу мультимедийных услуг. Первые результаты применения указанного обобщенного решения дают основания полагать, что дальнейшие изменения российской системы получения частотных присвоений в миллиметровых диапазонах длин волн сделают развитие всей телеком-отрасли гораздо более продуктивным. Ведь только для этого диапазона разработаны гигабитные линии связи, создать которые на других частотах при существующем уровне технологий пока невозможно.

За рубежом картина иная. С ноября 2003 г. Федеральная комиссия связи США (FCC) разрешила использование диапазонов 71–76/81–86 и 92–95 ГГц для фиксированной связи «точка-точка». Вслед за США с 2005 г. в унифицированном частотном плане европейских стран также появилась полоса шириной 10 ГГц для широкополосной фиксированной наземной беспроводной связи в диапазоне 71–76/81–86 ГГц. Американским компаниям
удалось сделать почти невозможное в лоббировании новых диапазонов в FCC и пропаганде их использования потребителем: они доказали чиновникам и операторам связи, что на одной и той же территории в этих диапазонах одновременно могут работать множество операторов и их линии связи совершенно не будут мешать друг другу.

Результатом этих усилий стала возможность операторов США получить частотную лицензию в диапазонах 71–76/81–86 и 92–95 ГГц онлайн. Цена вопроса регистрации относительно невелика, не выше $400 за линию, включая все согласования.

В Европе для диапазона 71–76/81–86 ГГц действует, по сути, калька американской версии распределения частотного спектра. Однако есть и важное отличие. В европейском диапазоне разрешено располагать прямой и обратный каналы в любой половине спектра (например, использовать только 71–76 ГГц или только 81–86 ГГц). А в американском варианте прямой и обратный каналы должны размещаться в разных половинах общей полосы. Еще одно отличие европейских правил распределения диапазона 71–76/81–86 ГГц от американского в том, что в Европе не запрещено строить сложные беспроводные мультисервисные сети с топологией «точка–многоточка» (в США – только «точка-точка»). Решение о возможности построения беспроводных гигабитных сетей «точка-многоточка» в европейских странах отдано на усмотрение национальных частотных администраций.

На европейском континенте внедрены и упрощенные принципы лицензирования. Так, в Великобритании для диапазона 71–76/81–86 ГГц единственным сбором является годовая лицензия от регулирующего органа Ofcom, которая стоит всего £50, т.е. около 2000 руб. На начальном этапе английский оператор через веб-сайт подает в Ofcom заявку на частотную лицензию. В заявку включаются технические параметры линии связи и географические координаты мест установки. В течение семи рабочих дней Ofcom обязан обработать заявку и выдать частотную лицензию. И все – можно совершенно легально начинать работать и предоставлять услуги связи потребителям.

Почему же с технической точки зрения в европейских странах и США стало возможным упростить законодательство по выдаче частот для миллиметровых радиомостов? Причина – всё те же особенности мм-волн. Отсутствует вероятность возникновения помех из-за переотражения от различных препятствий в городских условиях, узкая диаграмма направленности позволяет работать с нужной БС даже в режиме «точка–многоточка».

. . .


Было бы хорошо, если б примеру США и Европы последовала наша администрация связи и получение частотных присвоений в диапазонах 40,5–43,5; 71–76/81–86 и 92–96 ГГц стало возможным онлайн, ибо эра радиомостов миллиметрового диапазона только наступает и Минкомсвязи вполне по силам сделать национальную базу с точными географическими координатами станций и их параметров (диаграмма направленности, мощность). Тогда можно будет в режиме реального времени получать решение о выдаче частот, тем более что на диапазон 40,5–43,5 ГГц уже есть обобщенное решение ГКРЧ. 
Поделиться:
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!