Проект беспроводной мультисервисной сети связи - i

Беспроводная мультисервисная сеть связи для
сельской местности
Проект
Исполнители проекта
«Институт проблем информатики» РАН
ОО «ЭЛС – инжиниринг»
ФГУП ГСПИ РТВ
ЗАО "Сетевые технологии"
разработка алгоритмов обработки
информации в оборудовании системы связи
Соколов Игорь Анатольевич
+7 (499) 135-62-60
ipiran@ipiran.ru
Программное обеспечение, интеТихомиров Юрий Фомич
грация разработок в комплексные
+7 (495) 609-28-15
решения
r-signal@r-signal.ru
организация работ по сертификаУльпе Николай Анатольеции, частотному присвоению, инвич
сталляции оборудования и строи+7 (495) 915-71-28
тельству объектов
contact@gspirtv.ru
разработка и производство радио- Светлов Виктор Николаевич
и мультиплексного оборудования
+7 (495) 988-35-16
support@ct-msk.ru
Постановка задачи
На основе опыта оказания услуг связи можно с уверенностью утверждать, что на территории типичного района европейской части РФ количество желающих подключиться к сети Интернет и расположенных на расстоянии от райцентра свыше 10 км составляет величину порядка
60-100 абонентов из общего количества 2500 человек. При этом, в отличие от жителей райцентра и пригорода, возможность подключения таких абонентов к имеющимся и разворачиваемым
сетям ШПД в ближайшем будущем не прогнозируется.
В минимальном пакете мультисервисных услуг необходимо иметь телефонию и доступ к
IP сетям со скоростью от 128 кбит/с. При достижении этой цели в каждом конкретном районе
можно говорить об уменьшении цифрового неравенства между центром и периферией.
На карте плотности сельского населения видно, что для охвата существенной части территории необходимо строить сеть, начиная с плотности населения 1.5 чел/км2, при этом вероятная плотность абонентов не превышает 0.05 аб/км2.
Широкополосный проводной доступ по оптическому кабелю заведомо недоступен по
стоимости прокладки и эксплуатации.
Сеть технологии 2G (GSM) в режиме GPRS является наиболее доступным методом доступа, однако не обеспечивают необходимой скорости и имеет повышенную стоимость трафика.
По имеющимся материалам исследований систем сотовой топологии граница рентабельности 3G- 800 аб/км2, WiMAX- 300 аб/км2, LTE- 140 аб/км2. Эти цифры находятся очень далеко
от требуемых для сельской местности.
Наиболее простая для развертывания технология – двусторонний спутниковый канал, однако она недоступна по цене подавляющему большинству абонентов (от 3000 USD за подключение) и имеет повышенную стоимость трафика.
В таблице приведены статистические данные по районным центрам РФ. Серым цветом выделены районы с очень низкой плотностью населения. Доля таких районов составляет примерно 35% по площади и населению.
Район
Северо-Западный
Центральный
Волго-Вятский
Центрально- Черноземный
Поволжский
Северо-Кавказский
Уральский
Западно-Сибирский
Восточно-Сибирский
Дальневосточный
Калининградская обл.
Количество
райцентров
Площадь района
тяготения, тыс.
кв. км.
Среднее расстояние между
райцентрами, км
Средняя величина райцентров, тыс. чел.
133
271
140
12,5
1,8
1,9
112
42
44
14,4
14,3
12,5
103
1,6
40
14,1
241
168
160
184
134
135
13
2,8
2,1
4,3
13,2
30,7
40,6
1,2
53
46
66
115
175
215
35
16,5
16,0
20,7
17,1
13,2
12,6
9,2
Геометрия районов на примере Воронежской области. Протяженность с севера на юг
277.5 км и с запада на восток 352 км.
Предлагаемая технология
Основная задача – добиться максимальной дальности не менее 50 км для полного покрытия
территории района с одной точки. При решении данной задачи обеспечивается расчетное покрытие 1096 районов с общей численностью населения 2.5 млн. человек.
Для этого предлагается:
- максимально снизить применяемую несущую частоту;
- применить адаптивную модуляцию в зависимости от потерь трассы и уровня помех раздельно
для линии «вниз» и «вверх»;
- использовать одновременно технологии точка-точка и точка-многоточка;
- учитывая асимметричность IP трафика (порядка 8:1), использовать дополнительно все доступные в зоне связи каналы для линии «вниз» (свободную емкость передатчиков DVB-T, односторонний спутниковый доступ).
При расчете зоны покрытия и емкости используются модель 3-х секторной БС с используемой полосой частот 1.5 МГц, 60 АС/сектор и следующими параметрами, выбранными из
условия минимальной себестоимости абонентского комплекта:
Параметры оборудования БС
АС
Мощность, Вт
60
2
Высота подвеса, м
70
10
Усиление антенны, дБ
9
6
Скорость передачи, Кбит/с 4000 128
При этом дальность связи при модуляции с эффективностью порядка 1 бит/Гц составляет:
Диапазон, МГц Дальность связи, км
70
73
160
56
344
40
450
37
При этом для относительно близко расположенных АС можно применить модуляцию с эффективностью 7 бит/Гц. Граница ее использования по дальности приведена в таблице:
Диапазон, МГц Дальность связи, км
70
19
160
14
344
10
450
9
Для абонентов за пределами этой границы используется модуляция с меньшей эффективностью
с рядом 7:4:1, при этом средняя эффективность при равномерном размещении АС на территории составляет 3 Бит/Гц, что обеспечивает среднюю скорость «вниз» 4.5 Мбит/с или 75 Кбит/с
на АС. Месячный трафик на АС (при 14 часовом режиме работы) составляет 14 Гбайт, что достаточно комфортно для абонента.
Для линий связи «вверх» средняя скорость на АС при трафике 0.5 Эрл составляет 150 Кбит/с.
При этом обеспечивается разговор в кодеке G.711 и передача данных или сеанс видеосвязи. Для
абонентов на границе зоны используется динамический выбор ширины канала.
Учитывая избыток скорости в линии «вверх», предлагается использовать существующие
односторонние каналы (многочастотную сеть DVB-T и спутник), как показано на рисунке, что
позволит увеличить пропускную способность сети в несколько раз.
Конкретные системные параметры определяются по результатам эксплуатации и определяются:
- распределением абонентов по дальности от БС
- распределением речевого и IP трафика по времени суток и типам абонентов
- распределением IP трафика по протоколам (WWW, FTP, почта)
- наличием односторонних каналов связи.
По результатам эксплуатации могут быть скорректированы модели радиоинтерфейсов,
протоколов доступа и выработана тарифная политика, обеспечивающая оптимальные характеристики системы связи.
Место технологии в линейке существующих стандартов связи
Построение мультисервисной сети с использованием как собственного передатчика, так
и существующих односторонних каналов связи в рамках развития стандартов ETSI обратного
канала для спутникового (DVB-S) и наземного (DVB-T) канала.
European Standard (Telecommunications series). Digital Video Broadcasting (DVB):
1 EN 301 195 V1.1.1 (1999-02) Interaction channel through the Global System for Mobile communications (GSM).
2 ETSI EN 301 958 V1.1.1 (2002-03) Interaction channel for Digital Terrestrial Television (RCT) incorporating Multiple Access OFDM.
3 ETSI EN 301 790 V1.5.1 (2009-05) Interaction channel for satellite distribution systems.
4 ETSI EN 301 199 V1.2.1 (1999-06) Interaction channel for Local Multi-point Distribution Systems
(LMDS).
5 ETSI EN 301 193 V1.1.1 (1998-07) Interaction channel through the Digital Enhanced Cordless Telecommunications (DECT).
6 ETSI ETS 300 801 ed.1 (1997-08) Interaction channel through Public Switched Telecommunications
Network (PSTN)/ Integrated Services Digital Networks (ISDN).
7 ETSI TR 101 790 V1.4.1 (2009-07) Interaction channel for Satellite Distribution Systems.
Частотное обеспечение
В соответствии с решениями ГКРЧ имеются следующие диапазоны частот, которые могут быть
использованы для построения сети:
Диапазон, Потенциально доступная Ограничения
МГц
Полоса частот, МГц
70
5
256 кБит/с, 25 Вт
160
1.2
3 Вт, сетка 100 кГц
344
8
450
16
2 Мбит/с, 10 Вт, 40 град.
Предлагается для радиоинтерфейса точка - точка использовать диапазоны 160 и 450
МГц, а для радиоинтерфейса точка - многоточка 70 и 344 МГц, причем диапазон 70 МГц зарезервировать для удаленных абонентов. Для оптимизации стоимости оборудования желательна
совместная работа с Минкомсвязи по частотным присвоениям и разработка «Правил применения» создаваемого оборудования.
Состав разрабатываемого оборудования
1 РРС диапазона 400 МГц и 160 МГц до 8 Мбит/с.
2 Оборудование точка - многоточка 70 и 300 МГц 3.5 Мбит/с на сектор:
- Базовое: базовая радиостанция с комплектом антенн, мультиплексором доступа.
- Абонентское: абонентская радиостанция с антенной, абонентские мультиплексоры (квартирный, офисный на 8 абонентов).
3 Система технологического управления и условного доступа.
План-график проекта
Наименование этапа
2010
2011
IV
I II III IV
2012 2022
Разработка программной и аппаратной части оборудования,
производство оборудования для опытной зоны
Выбор опытного района
Обследование района, расчет зон покрытия, выбор параметров
радиоинтерфейсов и схем подключения к операторам
Оформление временных частотных присвоений
Развертывание опытного района
Тестирование и доработка оборудования
Подготовка производства
Разработка документации на типовые проектные решения
Сопровождение проекта, внедрение новых услуг и стандартов
Серийное производство, монтаж и пусконаладка
Бюджет проекта
Оценка стоимости разработки изделий и производства опытных образцов с учетом стоимости проектирования и развертывания опытной зоны (млн. руб.)
Оборудование РРЛ диапазона 160МГц
8
Оборудование РРЛ диапазона 400 МГц
9
Оборудование точка - многоточка базовое
29
Оборудование точка - многоточка абонентское (2 вар.)
17
Всего
63
Из них в 2010 году
12
Предполагаемая стоимость оборудования при серийном производстве (тыс. руб.)
РРС диапазона 400 МГц 8 Мбит\с (за интервал)
Базовая радиостанция 70, 300 МГц с комплектом антенн
Базовый мультиплексор доступа
Абонентская радиостанция 70, 300 МГц с антенной
Абонентский мультиплексор квартирный
Абонентский мультиплексор офисный (на 8 абонентов)
145-167
67-90
70-130
6-9
1.6-3.5
11-18
Оценка серийности оборудования (тыс. шт.)
РРЛ
20..30
Базовые радиостанции
1.6 .. 6.4
Абонентские комплекты
100 .. 120.
Существующие аналоги
1. Система широкополосного беспроводного доступа Internet Access Point – IAP, 400-4000 МГц,
до 4 Мбит\с. Цена Германия 55000 Евро за БС и 500 Евро за АС.
2. «Микран» ЦРРС МИК-РЛ400МP (топология "звезда") 394…410 / 434…450 МГц, мощность 1
Вт, модуляция QPSK, доступ TDMA, скорость 2 Мбит/с. Цена БС 130 т. р., АС 60 т.р.
3. НПФ «Сельсофт» РРС «Р-6» 400 МГц мощность 7 Вт, модуляция QPSK, скорость 2 Мбит/с,
цена 285 т.р. за пролет. РРС «Р-60» 60 МГц, мощность 3 Вт, скорость 384 Кбит/с, цена 150 т.р.
за пролет. Цифровой радиоудлинитель (РРС) «РТ-300/Е1» 300 МГц, мощность 3 Вт, скорость
2048 Кбит/с, модуляция QPSK, цена 235 т.р. за пролет.
Предлагаемые решения по сравнению с аналогами обладают не менее чем 50% преимуществом по параметрам стоимости и спектральной эффективности.
Соответствие критериям
Инновации: Достижение спектральной эффективности 6.5 бит/Гц на закрытых трассах большой
дальности против 4.5 Бит/Гц в существующих системах для закрытых трасс и 5 Бит/Гц для
слабо закрытых трасс. Данная спектральная эффективность позволяет использовать диапазоны
частот, обеспечивающий широкополосный доступ на большой дальности.
Импортозамещение: Доля стоимости компонентов импортного происхождения (только элементная база) составляет 20..25 % против 100% при импорте оборудования. Все необходимые
технологии производства, персонал для производства и поддержки пользователей имеются в
РФ. Есть перспективы экспорта в страны с низкой плотностью населения.
Социальная отдача: обеспечение современных услуг связи для территории с населением порядка 2.5 млн. человек.
Мультипликативный эффект: повышение эффективности и конкурентоспособности предприятий и хозяйств, расположенных на обслуживаемой территории.
Национальная безопасность: Использование части емкости системы для передачи телеметрической информации (охранно-пожарная сигнализация, технологический мониторинг и управление
объектами инфраструктуры, видеонаблюдение) позволяет повысить уровень безопасности.
Опыт работ по тематике проекта
Разработка и производство полной линейки оборудования: коммутаторы, шлюзы, IP
АТС, базовые и абонентские радиостанции цифровой транкинговой связи диапазонов 300 и 400
МГц, широкополосного радиодоступа. Развертывание сетей связи, в том числе: сеть подвижной
связи МО РФ, сеть подвижной радиотелефонной связи стандарта MPT-1327 в филиале ОАО
«Центртелеком» в Воронежской области 2001-2003 гг.
Разработка правил применения оборудования:
«ПРАВИЛА применения абонентских радиостанций сетей подвижной радиосвязи протокола
Цитран» приказ Минкомсвязи №102 от 02.12.2008.
«П Р А В И Л А применения базовых станций и ретрансляторов сетей подвижной радиосвязи.
Часть II. Правила применения оборудования подсистем базовых станций сетей подвижной радиосвязи протокола Цитран» приказ Минкомсвязи №4 от 11.01.2010.
Разработка цифрового радиоудлинителя для закрытых трасс с высокой спектральной
эффективностью в диапазонах 300-400 МГц.