БЕСПРОВОДНОЕ ШИРОКОПОЛОСНОЕ ВЕЩАНИЕ WIRELESS BROADBAND

Аннотация. В статье рассматривается аспект широкополосного беспроводного доступа. В частности, автором дается краткая характеристика рассматриваемого концепта, сравнение технологий WiMAX и Wi-Fi, а также статистика распространения широкополосного беспроводного доступа по Российской Федерации.

Abstract. the article deals with the aspect of broadband wireless access. In particular, the author gives a brief description of the concept under consideration, a comparison of WiMAX and Wi-Fi technologies, as well as statistics on the spread of broadband wireless access in the Russian Federation.

Ключевые слова: широкополосный беспроводной доступ, информационные технологии, WiMAX, Wi-Fi, Интернет.

Keywords: broadband wireless access, information technology, WiMAX, Wi-Fi, Internet.

В настоящее время мир характеризуется такой тенденцией, как беспрецедентная глобализация и информатизация, что предполагает переход и развитие информационных технологий на новый уровень, значительно изменяя цифровое наполнение XXI века. И одной из таких тенденций является масштабное внедрение беспроводного широкополосного вещания (доступа), что положительно скажется на множестве аспектов жизни человека. В нашей статье мы будем использовать термин «беспроводной широкополосный доступ» (ШБД), так как он принят в литературе соответствующего характера.

Начнем с того, что принцип действия ШБД заключается в том, что по радиоканалу базовой станции (БС) предоставляется возможность организовать передачу данных одновременно для нескольких абонентских станций (АС). Причем такая топология получила название «точка-много точек». Максимальное количество АС, обслуживаемых одной БС, определяется конкретной модель и ПО фирмы-производителя, хотя число АС зачастую может доходить до нескольких десятков, значительно увеличивая эффективность и рентабельность процессов. Что касается пропускной способности радиоканала БС, то здесь она равномерно делится на число одновременно работающих в настоящий момент времени АС. Если в текущий момент времени активна только одна АС, то она использует всю пропускную способность радиоканала БС, к которой она подключена. При необходимости, возможно ограничить доступ к БС только одной АС. Данная топология называется «точка-точка». Для того, чтобы техническим путем увеличить радиуса действия покрытия БС применяют специальные устройства – репитеры. Для исключения/уменьшения электромагнитного влияния соседних БС друг на друга применяют территориально-частотное планирование использования радиочастот [2].

Вся технология широкополосного беспроводного доступа делится на такие, как W-Fi, Pre-WiMAX и WiMAX, причем они сами основаны на разных информационных стандартах. Например, Wi-Fi базируется на семействе стандартов IEEE 802.111, а зона его покрытия всего лишь до 100 метров в зависимости от мощности передающего устройства, в то время как Pre-WiMAX и WiMAX намного мощнее. Первая технология основывается на стандарте IEEE 802.16, составляя зону покрытия уже порядка 10 км, а WiMAX основана на двух разных стандартах, так как IEEE 802.16d предназначен для фиксированных абонентов, IEEE 802.16е – уже для мобильных, а остальные характеристики синергичны с технологией Pre-WiMAX [6].

Стандарт WiMAX, действующий и в нашей стране, основан на стандарте IEEE 802.16e-2005, утвержденный в декабре 2005 года. Он является дополнением к стандарту IEEE 802.16-2004, поэтому фактическим стандартом является стандарт 802.16-2004 с изменениями, внесенными актуализацией 802.16e-2005. Таким образом, эти спецификации должны рассматриваться вместе. Путем сравнительного анализа можно понять, что стандарт IEEE 802.16e-2005 улучшает IEEE 802.16-2004 путем [6]:

1. Добавление поддержки мобильности. Это рассматривается как один из наиболее важных аспектов стандарта 802.16e-2005, являясь основой мобильного формата WiMAX.

2. Масштабирование быстрого преобразования Фурье (БПФ) до ширины полосы канала, чтобы поддерживать постоянный интервал в разных полосах пропускания канала (обычно 1,25 МГц, 5 МГц, 10 МГц или 20 МГц). Это приводит к более высокой эффективности использования спектра в широких каналах и снижению затрат в узких каналах. Также известно, как масштабирование OFDMA (SOFDMA).

3. Усовершенствованные схемы разнесения антенн и гибридный автоматический запрос повторения (англ. HARQ).

4. Адаптивные антенные системы (англ. AAS) и технология MIMO.

5. Более плотная субканализация, что улучшает проникновение сигнала в помещение.

6. Введение кода с малой плотностью проверок на чётность (англ. LDPC-code).

7. Введение подканализации нисходящей линии связи, что позволяет администраторам обменивать покрытие на пропускную способность или наоборот.

8. Добавление класса дополнительного качества обслуживания (QoS) для приложений VoIP.

Однако отметим, что SOFDMA (используется в стандарте 802.16e-2005) и OFDM256 (в стандарте 802.16d) несовместимы, поэтому при переходе необходимо было заменить оборудование для перехода на стандарт нового поколения. Также стоит подчеркнуть, что зачастую могу спутать WiMAX и Wi-Fi, так как обе технологии связаны с беспроводной связью и доступом в Интернет. WiMAX – это система дальнего радиуса действия, охватывающая многие километры (~10 км), которая использует лицензированный или нелицензированный спектр для обеспечения подключения к сети, в большинстве случаев к Интернету. Wi-Fi же использует радиочастоты 2,4 ГГц и 5 ГГц для обеспечения доступа к локальной сети. Wi-Fi более популярен в устройствах конечных пользователей, работая по протоколу CSMA/CA Media Access Control, который не использует соединения и основан на конкуренции, тогда как WiMAX использует MAC-соединение, ориентированное на обеспечение соединения. Более того, WiMAX и Wi-Fi имеют совершенно разные механизмы качества обслуживания (QoS), так как WiMAX использует механизм QoS, основанный на соединениях между базовой станцией и пользовательским устройством, а каждое соединение основано на определенных алгоритмах планирования. В то время как Wi-Fi использует конкурентный доступ – все абонентские станции, которые хотят передавать данные через точку беспроводного доступа, конкурируют за передачу на основе случайных прерываний. Это может привести к тому, что абонентские станции, удаленные от точки доступа, будут неоднократно прерываться более близкими станциями, что значительно снизит их пропускную способность [6].

Для Российской Федерации ввиду её территории и распределения жителей очень важно поддерживать ШБД на всех заселенных территориях, причем это один из аспектов информационного развития на государственном уровне. Еще в 2015 году Абдрахманова Г.И. от института НИУ ВШЭ провела статистическое исследование, направленное на изучение конъюнктуры беспроводного широкополосного доступа в РФ по регионам. В частности, был получен результат, что пока что население не обеспечено в должной мере технологией ШБД, хотя с 2012 года идет нарастание показателей использования Интернета, числа абонентов фиксированного ШБД к Интернету и т.д. [1] Автор в своем исследовании апеллирует к таким документам, как государственная программа РФ «Информационное общество (2011- 2020 гг.)» [3] и «Стратегия инновационного развития Российской Федерации на период до 2020 года» [4], согласно которым в рассматриваемой отрасли ШБД к 2020 году планируется достичь следующих показателей [4; 3]:

1. Число абонентов фиксированного ШБД к Интернету на 100 человек населения – 50 единиц;

2. Число абонентов мобильного ШБД к Интернету на 100 человек населения – 95 единиц;

3. Доля домашних хозяйств, имеющих ШБД к Интернету в общем числе – 95 %;

4. Доля организаций, имеющих ШБД к Интернету в общем числе – 98 %.

Для достижения данных показателей на региональном уровне идет активная работа, однако еще в 2015 году разрыв между числом населения с доступом к ШБД был довольно большим. К примеру, показатель численности населения в Чеченской республике, у которого есть мобильный ШБД доступ в Интернет, различался в 300 раз с той численностью населения в Москве, у которой он имелся. Тем не менее, к 2020 году государство планирует нивелировать данное неравенство, обеспечив всем регионам почти равные возможности доступа к широкополосному беспроводному вещанию. И в 2018 году можно было увидеть положительные результаты работы вышеописанных государственной программы и стратегии. В феврале 2018 года компанией «EY: совершенствуя бизнес, улучшаем мир» было опубликовано исследование, направленное на изучение внедрения беспроводного широкополосного Интернета в нашей стране. Для этого было опрошено 1500 респондентов из городов с населением более 100 тыс. жителей. В частности, авторами были получены такие результаты [5]:

1. Идет превалирование мобильного ШБД, так как по сравнению с 2017 годом проникновение смартфонов увеличилось на 134 %;

2. Основной объем ШБД приходится на Wi-Fi и показатель его использования растет быстрее мобильного, хоть и конкуренция между ними минимальна;

3. Всё большее количество операторов предлагает своим абонентам безлимитный Интернет;

4. Происходит разгрузка Wi-Fi сетей за счет синергии между операторами мобильной связи и Wi-Fi;

5. К 2021 году проникновение систем ШБД усилится за счет устройств с Internet of Things, а также систем безопасности с автономной связью.

Таким образом, можно сделать вывод, что в настоящее время технология беспроводного широкополосного вещания очень востребована, в первую очередь, из-за предоставления доступа к Интернету как мобильного, так и стационарного характера. Более того, именно ШБД являются основой для предоставления разным группам населения широкого набора современных услуг связи, основываясь на определенных технических параметрах, как, например, стандарт IEEE 802.111 для Wi-Fi и др.

Список литературы:

1. Абдрахманова Г.И. Широкополосный доступ: уровень распространения в России и ее регионах // Институт статистических исследований и экономики знаний НИУ ВШЭ. – 2015. – № 1. – С. 1-18.
2. Беспроводной широкополосный доступ [Электронный ресурс], - http://asvagroup.com/2014/11/besprovodnoy-shirokopolosnyiy-dostup/
3. Постановление Правительства РФ от 15.04.2014 № 313 (ред. от 30.12.2018) «Об утверждении государственной программы Российской Федерации «Информационное общество (2011 - 2020 годы)».
4. Распоряжение Правительства РФ от 08.12.2011 № 2227-р (ред. от 18.10.2018) «Об утверждении Стратегии инновационного развития Российской Федерации на период до 2020 года».
5. EY. Беспроводной широкополосный интернет [Электронный ресурс], - https://www.ey.com/ Publication/vwLUAssets/ey-bb-internet-survey/%24File/ey-bb-internet-survey.pdf
6. WiMAX Technology [Электронный ресурс], - http://freewimaxinfo.com/wimax-technology.html