VIKTOR JANATA ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE ...diplom.utc.sk/wan/657.pdf · Žilinská univerzita v Žiline – Katedra telekomunikácií Diplomová práca Abstrakt V tejto diplomovej

Návrh WiMAX siete pre pokrytie detašovaných pracovísk ŽU

Diplomová práca

VIKTOR JANATA

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE Elektrotechnická fakulta

Katedra telekomunikácií

Študijný odbor: TELEKOMUNIKÁCIE Vedúci diplomovej práce: doc. Ing. Rudolf Hronec, PhD., Katedra telekomunikácií,

ŽU v Žiline

Stupeň kvalifikácie: inžinier (Ing.) Dátum odovzdania diplomovej práce: 30.5.2006

ŽILINA 2006

Žilinská univerzita v Žiline – Katedra telekomunikácií Diplomová práca

Abstrakt

V tejto diplomovej práci sa venujem problematike návrhu riešenia rádiokomunikačnej

siete pre prepojenie konkrétnych objektov. V úvodnej časti sú spomenuté základné

problémy, vyskytujúce sa pri prenose signálu prostredníctvom elektromagnetických vĺn.

Následne je popísaný štandard 802.16 (WiMAX), ktorý je následne použitý pre riešenie

zadania. Po analýze terénu sú pre jednotlivé zadané body navrhnuté riešenia. Navrhované

riešenia boli následne odsimulované s pomocou programu RADIOLAB. V závere práce

je technicko-ekonomické zhodnotenie navrhovaných variantov.


Anotačný záznam

Priezvisko, meno: Janata Viktor školský rok: 2005/2006

Názov práce: Návrh WiMAX siete pre pokrytie detašovaných pracovísk ŽU

Počet strán: 42 Počet obrázkov: 12 Počet tabuliek: 3

Počet grafov: 0 Počet príloh: 6 Použitá lit.: 11

Anotácia: Dokument je venovaný problematike rádiokomunikačných systémov. V

úvodnej časti ponúka náhľad do problematiky prenosu elektromagnetických vĺn. Opisuje

niektoré základné modely z hľadiska šírenia a tlmenia. V ďalšej časti je opísaný štandard

802.16 (WiMAX) z hľadiska použiteľnosti a predpokladaného vývoja. Výsledkom práce

je návrh riešenia konkrétnych problémov, použitím rádiokomunikačného prenosového

systému AS-MAX.

Anotacion: The document deals about the radiocommunication systems. The

introduction is overview into the transfer of electromagnetic waves. Describes some of

the basic models in term of extension and absorbing. In the other part is describtion of the

standard 802.16 (WiMAX) according to the application and expected developement. The

result of this work is the proposal of solution of certain problems, by use of

radiocommunication transfer system AS-MAX.

Kľúčové slová: WiMAX, 802.16, návrh

Vedúci práce: doc. Ing. Rudolf Hronec, PhD., Katedra telekomunikácií, ŽU v Žiline

Recenzent práce : Ing. Marek Krasnovský, Katedra telekomunikácií, ŽU v Žiline

Dátum odovzdania práce: 30.5.2006


Zoznam obrázkov

Obr. 4.1.1 Rozdelenie prenosového spektra

Obr. 4.4.1 Prenosové straty vo voľnom priestore

Obr. 4.5.1 Prenosové straty na odrazovej ploche

Obr. 4.6.1 Vplyv šumu na digitálny signál

Obr. 4.3 Fresnelova zóna

Obr. 5.4.1 Vrstvy štandardu 802.16

Obr. 5.4.1.1 Rámec pre downlink / TDD

Obr. 5.4.1.2 Rámec pre downlink / FDD

Obr. 5.4.1.3 Rámec pre uplink

Obr. 5.4.2.1 Porovnanie SC a OFDM

Obr. 6.3.2.1 Mapa oblasti Liptovský Mikuláš

Obr. 6.4.1.1 Mapa oblasti Tatranská Javorina

Zoznam tabuliek

Tab. 3.1 plán využívania pásma 3,5 GHz

Tab. 3.2 Dalšie podmienky kladené na prenosové systémy v pásme 3,5 GHz

Tab. 5.4.2.1 Možné varianty fyzickej vrstvy


Zoznam použitých skratiek

ATM Asynchronous Transfer Mode Asynchrónny prenosový mód

BPSK Binary Phase Shift Keying Binárna fázová modulácia

BS Base Station Základňová stanica

BSDU Base Station Distribution Unit Riadiaca jednotka základňových staníc

BSRU Base Station Radios Unit Rádiová jednotka základňovej stanice

CRC Cyclic Redundancy Check Cyklická kontrola chýb CS Convergence Sublayer Podvrstva Konvergencie DAMA Demand Assigned Multiple Access Prístup k médiu na požiadanie DES Data Encryption Standard Štandard šifrovania dát DHCP Dynamic Host Configuration Protocol DL – MAP Downlink Map EHF Extrem High. Frekvency Extrémne vysoká frekvencia FDD Frekvency Division Duplexing Frekvenčne delený duplex FTP File Transfer Protocol Protokol prenosu dát HF High. Frekvency Vysoká frekvencia IEEE Institute of Electrical and Electronics

Engineers LF Low Frequencies Nízka frekvencia LOS Line of Site Priama viditeľnosť MAC Media Access Control Riadenie prístupu k médiu MF Middle Frequency Stredná frekvencia MS Mobile Station Mobilná stanica NLOS Non Line of Site Nepriama viditeľnosť OFDM Orthogonal Frequency Division

Multiplexing PHY Physical Layer Fyzická vrstva PKM Privacy Key Management Manažment klúčovania PSK Phase Shift Keying Fázová modulácia QAM Quadrature amplitude modulation Kvadratúrna amplitúdová modulácia QPSK Quadrature Phase Shift Keying Kvadratúrna fázová modulácia QoS Quality of Service RLC Radio Link Control Riadenie rádiového rozhrania SAP Service Access Point Prístupový bod služby SAV Slovenská Akadémia Vied SC Single Carrier modulation format SHF Super High. Frekvency Super vysoká frekvencia SNMP Simple Network Management Protocol STM Synchronous Transfer Mode Synchrónny prenosový mód TDD Time Division Duplexing Časovo delený duplex TDMA Time Division Multiple Access Časovo delený viacnásobný prístup TDM Time Division Multiplex Časovo delený multiplex


OBSAH

1. Úvod 2. Ciele projektu 3. Obmedzenia kladené na prenos v pásme 3,5 GHz 4. Rádiokomunikačný systém 4.1 Prenosové médium 4.2 Základné pojmy bunkových rádiokomunikačných systémov 4.3 Nepriaznivé javy ovplyvňujúce prenos signálu rádiovým kanálom 4.4 Prenosové straty vo voľnom priestore 4.5 Prenosové straty na odrazovej ploche 4.6 Vplyv šumu na kapacitu kanála 4.7 Fresnelova zóna 4.8 Zisk antény 4.8.1 Vzťah medzi smerovosťou a ziskom antény 4.8.2 Vzťah medzi ziskom a šírkou lúča 4.9 Šírenie v horských oblastiach 4.10 Šírenie v mestskej oblasti 5. Všeobecné informácie o technológií WiMAX 5.1 IEEE 802.16 5.2 Postupné inovácie štandardu 5.3 Štruktúra siete WiMAX 5.4 Vrstvy štandardu 802.16 5.4.1 Fyzická vrstva 5.4.2 Možné varianty fyzickej vrstvy 5.4.3 Ovládanie rádiového podsystému 5.4.4 Linková vrstva 5.4.5 Quality of Service 5.4.6 Bezpečnosť 5.5 Ďalšie charakteristiky 5.6 Certifikácia 5.7 Budúcnosť technológie vo svete 6. Návrh 6.1 Frekvenčné pásmo 6.2 Prenosová rýchlosť 6.3 Detašované pracovisko Liptovský Mikuláš 6.3.1 Charakteristika objektu 6.3.2 Poloha objektov 6.3.3 Technické parametre komponentov systému 6.3.4 Simulácia návrhu v programe RADIOLAB 6.4 Detašované pracovisko Tatranská Javorina 6.4.1 Poloha objektov 6.4.2 Technické parametre komponentov systému 6.4.3 Simulácia návrhov v programe RADIOLAB 6.5 Technicko ekonomické zhodnotenie návrhov 7. Záver 8. Zoznam použitej literatúry

1 2 3 5 6 7 8 8 10 11 13 13 14 14 15 16 17 17 18 18 19 20 23 25 26 27 27 28 28 30 32 32 32 32 32 33 35 36 37 37 39 40 41 42 43


1. Úvod

Následkom dynamického rozvoja spoločnosti sa postupne zvyšujú nároky aj na

možnosti komunikácie. Možnosť prenosu informácií prostredníctvom akýchkoľvek médií

prispieva ku skvalitňovaniu a napredovaniu spoločnosti. Možnosť komunikácie

prostredníctvom siete internet sa stala štandardom, ba dokonca nevyhnutnosťou. Táto sieť

sa v poslednom období stala médiom pre prakticky všetky druhy komunikácie.

Predovšetkým oblasť výskumu a vzdelávania nie je možné rozvíjať bez kvalitnej

a efektívnej výmeny informácií. Je preto potrebné v prvom rade využiť najuniverzálnejšiu

platformu na prenos informácií a tou je sieť internet. Školstvo a univerzity po celom svete

kladú veľký dôraz na vzájomné prepojenie svojich pracovísk.

Poloha objektov a prostredie v ktorom sa nachádzajú, nie vždy umožňuje využiť

najefektívnejšie riešenia. Pri budovaní akýchkoľvek informačných sietí sa teda kladie

dôraz nielen na kvalitu a efektívnosť, ale taktiež na sociálne a ekonomické dopady

samotnej realizácie. Preto sa pri plánovaní výstavby a skvalitňovania informačných sietí

čoraz častejšie uvažuje aj s veľkým počtom alternatívnych riešení.


2. Ciele projektu

V záujme Žilinskej univerzity je samozrejme efektívne prepojenie všetkých

pracovísk a zložiek spadajúcich pod jej správu. Pri procese voľby vhodného riešenia je

potrebné zvážiť všetky možné alternatívy. A to z hľadiska kvality, ceny, ale aj času

potrebného na realizáciu.

Sieť Žilinskej univerzity v Žiline je pripojená do univerzitnej siete SANET. Táto

sieť vyhovuje vo všetkých smeroch požiadavkám, ktoré sú kladené na prepojenie zložiek

univerzity. Sieť SANET disponuje niekoľkými uzlami, pomocou ktorých je možné

realizovať pripojenie. Poloha niektorých pracovísk voči najbližším uzlom je však natoľko

nevýhodná, že doposiaľ neboli efektívne pripojené do tejto siete.

Jedná sa napríklad o detašované pracoviská v Liptovskom Mikuláši a v Tatranskej

Javorine. Presná poloha týchto objektov bude definovaná neskôr. Keďže oba objekty sú

umiestnené nevýhodne vzhľadom na použitie bežných metódy spojenia. Ukazuje sa ako

možné riešenie využitie bezdrôtových technológií.

Cieľom tejto diplomovej práce je poskytnúť vhodné podklady pre posúdenie

možnosti pripojenia týchto detašovaných pracovísk do siete SANET za pomoci

technológie WiMAX. Priblížiť možnosti, náklady a riziká, ku ktorým môže dôjsť pri

využití tejto technológie. Navrhnuté riešenia odsimulovať v programe RADIOLAB.


3. Obmedzenia kladené na prenos v pásme 3,5 GHz

TU SR zverejnil plán využívania pásma 3,5 Ghz, ktorý ďalej definuje podmienky

komunikácie v tomto kanáli [1].

Tab. 3.1 plán využívania pásma 3,5 GHz

Kanál

č.

f

MHz

f´

MHz

1 3413,5 3513,5

2 3420,5 3520,5

3 3427,5 3527,5

4 3434,5 3534,5

5 3441,5 3541,5

6 3448,5 3548,5

7 3455,5 3555,5

8 3462,5 3562,5

9 3469,5 3569,5

10 3476,5 3576,5

11 3483,5 3583,5

12 3490,5 3590,5

Spektrum je rozdelené na 2 časti. Sú to 3 410 – 3 500 MHz a 3 510 – 3 600 MHz.

Prevádzkovatelia môžu využívať celkovú šírku kanálu 14MHz, pričom pri využívaní

duplexnej komunikácie sa využívajú dve časti kanálu s odstupom 100MHz a šírkou

7MHz. Odstup medzi dvoma susednými kanálmi je 7MHz [1].


Tab. 3.2 Ďalšie podmienky kladené na prenosové systémy v pásme 3,5 GHz

Parameter Podmienky Poznámky

Frekvenčný úsek

3 410 – 3 500 MHz 3 510 – 3 600 MHz

f f´

F0 Max. výkon zariadenia 35 dBm Max, vyžiarený výkon

Šírka kanálu 7 MHz

Základná šírka použitá pri medzinárodných dohodách. Skutočné využitie 0,5 MHz,

3,5 MHz, 7 MHz Duplexný odstup 100 MHz

Modulácia Min. 4 FSK

Prenosová kapacita Nie je stanovená

Druh rádiokomunkačnej služby

FS P-MP Výlučne verejné prístupové

siete Harmonizovaný štandard ETSI EN 301 753 V1.1.1 (2001-03)

Štandard zariadenia pre frekvenčné plánovanie

EN 301 021 V1.6.1 (2003-07) EN 301 080 V1.3.1 (2001-02) EN 301 124 V1.2.1 (2001-02) EN301 256 V1.2.1 (2001-02)

anténa EN 302 085 V1.2.2 (2003-08)

Vzťahujúce sa dokumenty ITU

ECC ERC/REC 14-03/ príloha B

Spôsob pridelenia frekvencií

Výberovým konaním Počet práv na používanie

frekvencií: 4

Celoplošné vymedzenie frekvenčného úseku podniku

Povolenie prevádzkovania

Individuálne na každú hlavnú a retranslačnú stanicu. Terminálové stanice sú povolené všeobecným

povolením.

Spôsob frekvenčného

plánovania

Plánuje držiteľ povolenia

v pridelenom úseku

Pridelenie frekvencií je v súlade s ECA, a je

perspektívne aj po roku 2008

Špecifické podmienky

Pre využívanie frekvencií v hraničných oblastiach sú

podmienky stanovené medzinárodnými dohodami

Využívanie frekvencií ochranných kanálov je možné

iba po dohode držiteľov povolení, ktorí majú

pridelené susedné bloky

zdroj [1].


4. Rádiokomunikačný systém

Rádiokomunikačné systémy vo všeobecnosti využívajú, ako médium pre prenos

informácií, rádiový kanál. Pod pojmom rádiový kanál možno rozumieť interval frekvencií

na frekvenčnej osi. Podstatou prenosu je samozrejme šírenie elektromagnetickej vlny.

Zdrojom elektromagnetickej vlny je v tomto prípade vysielač. Oproti nemu na druhom

konci reťazca stojí prijímač, ktorý je schopný detekovať signál prenášaný pomocou

elektromagnetickej vlny. Podľa prenosových možností možno rádiokomunikačné systémy

rozdeliť do troch skupín.

o Simplexné: Sú to systémy, v ktorých je možný prenos len v jednom smere.

Príkladom sú napríklad lokalizačné siete. Účastník správy len prijíma, alebo je

sám zdrojom informácií, pričom obojsmerná komunikácia je nemožná.

o Poloduplexné: Je možný obojsmerný prenos informácií, avšak v jednom

momente je možné komunikačný kanál využívať len na prenos v jednom smere.

o Duplexné: Je možný súčasný prenos oboma smermi. Je to možné zabezpečiť

frekvenčným, alebo časovým oddelením smerov prenosu.

Duplexný prenos je možné zabezpečiť pomocou TDD (Time Division Duplexing)

alebo FDD (Frekvency Division Duplexing). Jedná sa o dva rozdielne princípy delenia

prenosovej kapacity.

o TDD: (Time Division Duplexing) – Informácie sa posielajú vo forme zhlukov

(bursts), ktoré majú na svoj prenos k dispozícii celkovú prenosovú kapacitu

média, na určitý vymedzený časový úsek.

o FDD: (Frequency Division Duplexing) – pri tomto druhu duplexu, je celková

kapacita média (kanál) rozdelená na dve časti z hľadiska frekvenčného spektra. Je

vytvorený jeden čiastkový kanál pre uplink a jeden pre downlink [2].


Bez ohľadu na to, aký typ rádiokomunikačného systému sa pri prenose používa, je

potrebné zabezpečiť správnu detekciu signálu v prijímači.

4.1 Prenosové médium

Prenosové médium tvorí fyzickú cestu medzi vysielačom a prijímačom.

Z hľadiska rozdelenia sa môže jednať o médium vodičového typu, prípadne éterového

typu. S vodičovým typom sa elektromagnetické vlny šíria pozdĺž pevného média.

Príkladmi sú medená krútená dvojlinka, medený koaxiálny kábel, optické vlákno,

prípadne vlnovod. V médiu éterového typu sa elektromagnetické vlny nevedú pevnou

komunikačnou cestou. Takýto typ média býva označovaný ako bezdrôtové médium

(wireless). Príkladmi sú atmosféra a kozmický priestor.

Obr. 4.1.1 Rozdelenie prenosového spektra.

Popis frekvenčných pásiem

VLF - veľmi nízka frekvencia LF - nízka frekvencia MF - stredná frekvencia

HF - vysoká frekvencia VHF - veľmi vysoká frekvencia

UHF - ultra vysoká frekvencia SHF - super vysoká frekvencia

EHF - extra vysoká frekvencia UV - ultrafialové svetlo


4.2 Základné pojmy bunkových rádiokomunikačných systémov

V praxi sa používajú zväčša duplexné celulárne systémy. Pri spojení, základňovej

a mobilnej, alebo koncovej stanice, je potrebné zabezpečiť oba smery prenosu. Pri

mobilných systémoch je dôležitým faktorom výška a umiestnenie antén. Bázovú stanicu

(BS) je možné umiestniť vhodne avšak pri mobilnej stanici je potrebné počítať nielen

s pohybom ale aj zo súvisiacou zmenou podmienok šírenia. Táto práca sa zaoberá

bunkovou sieťou zo stacionárnymi koncovými stanicami. Takýto bunkový model sa

skladá z dvoch základných častí.

o Base Stations (BS): základňové stanice sú zodpovedné za prevádzku medzi

koncovými stanicami Subscriber Stations (SS), a taktiež zabezpečujú správu

prípadného spojenia s vonkajšou sieťou za pomoci riadiacej jednotky

základňových staníc.

o Subscriber Sations (SS): v mobilných systémoch tiež označované ako (MS

Mobile Station) predstavujú koncové zariadenie na strane užívateľa.

Bunkový rádiokomunikačný systém však môže okrem týchto základných zložiek

obsahovať veľa iných zariadení, ktoré zabezpečujú podporu rôznych služieb a podobne.

Na základe rozdelenia buniek v bunkovej rádiokomunikačnej sieti je možné

hovoriť o dvoch možnostiach interferencie. Interferenciou nazývame rušenie užitočného

kanálu inými systémami.

o Interferencia zo susedného kanála: ak sa informácie určené pre jeden kanál

objavia aj v iných kanáloch.

o Interferencia zo zhodného kanála: ak je kanál rušený iným systémom, ktorý je

nevhodne geograficky umiestnený a pracuje na rovnakom kanáli.

Práve interferencia sa stala limitujúcim faktorom pri zložitých modeloch

bunkových rádiokomunikačných sietí. Existujú výpočty pomocou ktorých je možné


popísať vzájomné pôsobenie buniek pracujúcich na rovnakom kanále, tieto výpočty však

nebudem uvádzať, nakoľko práca sa zaoberá veľmi jednoduchým návrhom z hľadiska

typológie [2].

4.3 Nepriaznivé javy ovplyvňujúce prenos signálu rádiovým

kanálom

Prenos signálu vo všeobecnom prostredí je podstatne komplexná záležitosť.

Z hľadiska prostredia sa môže jednať o prenos v husto osídlených oblastiach, prípadne

horskom teréne, či rovinnej krajine. Na presnú charakteristiku prostredia by bolo potrebné

poznať napríklad úrovne najrôznejších druhov šumov atď. Počítať so všeobecným

modelom prostredia by bolo zložité a nepraktické. Preto sa pri výpočtoch a návrhoch

uvažuje s najvýraznejšími vplyvmi, ktorých pôsobenie sa uplatňuje pri takomto prenose.

Tieto vplyvy majú za následok zhoršenie parametrov prenosu. Je možné popísať dva

základné druhy únikov [2].

o Dlhodobý únik – ktorý spôsobujú dva mechanizmy

a) tlmenie šírením

b) tlmenie tienením

o Krátkodobý únik – ktorý spôsobujú tieto vplyvy

a) viaccestné šírenie signálu

b) Doplerovo rozšírenie signálu

4.4 Prenosové straty vo voľnom priestore

Tieto straty je možné počítať pri najjednoduchšom prípade šírenia. Takýto systém

je možné charakterizovať pomocou vysielača s priemerným výkonom PT. Snahou je

vyjadriť výkon PR prijatý na prijímacej anténe prijímača. Pri smerových anténach je

potrebné počítať aj s koeficientom zisku G.


Obr. 4.4.1 Prenosové straty vo voľnom priestore

Zisk prijímacej antény je možné prepočítať vzhľadom na apertúru AR antény.

Apertúra je príbuzná zisku prijímacej antény.

2

4

λ

π RR

AG =

o λ=c/f,

o f = vysielacia frekvencia udaná v [Hz]

o c = 3.108 m/s

o AR je efektívna plocha, ktorá je Rp krát menšia ako fyzická plocha, pričom Rp

dosahuje hodnoty medzi 60% a 80%.

Následne je možné definovať vzťah pre výpočet výkonu prijatého v prijímači.

RTTR GGPr

P2

4

=

π

λ

Tento vzťah však počíta iba s výkonovou stratou spôsobenou šírením. V reálnej

situácii sa vyskytujú straty ako atmosferická absorbcia ...

0

2

4 L

GGP

rP RTT

R

=

π

λ

L0 možno nazvať koeficientom týchto prídavných strát. Vyjadrenie rovnice

v [dB]:


04log.20 LGGP

rP RTTR −+++

=

π

λ

PT – výkon vysielača, GT – zisk antény vysielača, GR – Zisk antény prijímača

4.5 Prenosové straty na odrazovej ploche

Obr. 4.5.1 Prenosové straty na odrazovej ploche

Ak sa v okolí prenosovej cesty medzi vysielačom a prijímačom nachádzajú nejaké

predmety, hovoríme o odraze elektromagnetickej vlny. Princíp tohoto odrazu je veľmi

podobný odrazu v optike. Ak by sme uvažovali len príspevok odrazenej vlny z hľadiska

energie, jednalo by sa o priaznivý jav. Avšak ak prijímač zachytí okrem priamej vlny aj

vlnu odrazenú, nastáva prípad interakcie dvoch signálov, ktoré majú navzájom posunutú

fázu, a sú voči sebe posunuté v časovej oblasti. Je to spôsobené tým, že odrazená vlna

prejde inú vzdialenosť ako priama vlna. Fázový rozdiel medzi priamou a odrazenou vlnou

možno definovať ako:

dddr ∆

=−=∆

λ

π

λ

πθ

2)(

20

d∆ predstavuje rozdiel vzdialeností, ktorý prekoná odrazená vlna v porovnaní

s priamou vlnou. Na tento rozdiel má vplyv aj poloha vysielacej a prijímacej antény hRhT

vzhľadom na povrch. Ak sú výšky antén dostatočne zanedbateľné oproti celkovej

vzdialenosti antén, možno zjednodušene vypočítať rozdiel vzdialeností nasledovne:


RT

RT

hhr

r

hhd

≈∆

≈∆

λ

πθ

4

2

Kde hT predstavuje výšku vysielacej antény od povrchu, hR predstavuje výšku

antény prijímača. Za predpokladu činnosti systému v pásme mikrovĺn je možné odvodiť

vzťah pre výpočet výkonu prijatého prijímačom.

2

0

2

4θ

π

λ∆

= j

L

GGP

rP RTT

R

Pre vyjadrenie v jednotkách [dB]: 02log20 LGGP

r

hhP RTT

RTR −+++

=

4.6 Vplyv šumu na kapacitu kanála

Pri reálnych prenosoch dochádza však ku interakcií signálu a rôznych druhov

šumu. Je preto potrebné zohľadniť tento jav aj pri výpočte kapacity kanálu. Vysoká

úroveň šumu degeneruje signál a spôsobuje chyby v detekcií signálu prijímačom. Ak sa

vzorka šumu aplikuje na signál prenášaný určitou prenosovou rýchlosťou, na časovom

intervale signálu vznikne určitý počet chýb. Ak sa zvýši prenosová rýchlosť, tak na tom

istom časovom intervale bude prijímač musieť rozoznať vyšší počet stavov. Ak sa pritom

aplikuje rovnaká šumová vzorka, počet chybne vyhodnotených stavov bude vyšší.


Obr. 4.6.1 Vplyv šumu na digitálny signál.

Pri výpočte kapacity kanálu s existenciou šumu je nutné akceptovať pomer signálu

ku šumu SNR. Vetu, ktorá berie do úvahy tento aspekt definoval matematik Claude

Shannonn. Shannonov výsledok je maximálna kapacita kanálu v bitoch za sekundu

určená rovnicou:

C = B log2 (1 + SNR)

kde B označuje šírku pásma. Tento vzťah je však pre reálne podmienky značne

nepoužiteľný nakoľko predpokladá len účinok termálneho šumu. S ďalšími zhoršeniami

signálu, ako sú impulzný šum, útlmové skreslenie alebo skreslenie oneskorením, rovnica

nepočíta. Vzťah taktiež nič nehovorí o tom, akým spôsobom kódovania je možné

vypočítanú rýchlosť dosiahnuť.

Dalo by sa predpokladať že zvýšením úrovne signálu dosiahneme vyššiu hodnotu

SNR. Avšak reálne sa zo zvyšovaním úrovne signálu spájajú aj nepriaznivé vplyvy, ako

je napríklad zvýšenie intermodulačného šumu vplyvom uplatnenia nelinearity

charakteristík zariadení a podobne.


4.7 Fresnelova zóna

Obr. 4.3 Fresnelova zóna

Pri analýze spojov s priamou viditeľnosťou sa uvažuje ako hlavný faktor tlmenia

tlmenie vo voľnom priestore a prípadné viaccestné odrazy. Fresnelovu zónu si možno

predstaviť ako elipsoid v okolí úsečky spájajúcej koncové body prenosu. Výpočet

polomeru prstenca ohraničujúceho tento elipsoid možno definovať takto:

df

ddnr

.

..3,17 21=

V tomto vzťahu „n“ predstavuje rád Fresnelovej zóny „f“ frekvenciu „d“

vzájomnú vzdialenosť vysielača a prijímača a d1, d2 vzdialenosť vysielača a prijímača od

bodu v ktorom polomer počítame. Prvá Fresnelova zóna môže byť chápaná ako teleso, vo

vnútri ktorého sa šíri význačná časť elektromagnetického vlnenia podielajúceho sa na

prenose. Pri návrhu spojov bod – bod sa zväčša uvažuje o svetlosti prvej fresnelovej zóny

približne 60% [3].

4.8 Zisk antény

Zisk je najvýznamnejší parameter antény. Zisk je priamo úmerný ploche apertúry

antény. Platí tu reciprocita a tak vysielací zisk je rovnaký ako prijímací. Výkon zachytený

anténou je rovný súčinu hustoty výkonu a apertúry. Zisk antény môže byť definovaný

s ohľadom na izotropný žiarič, prípadne polvlnový dipól. V definícií s ohľadom na

izotropný žiarič sa užíva jednotka [dBi], naproti tomu polvlnový dipól [dBd]. Pre

informáciu [0dBd = 2,1dBi]. V praxi sa udáva zväčša zisk v dBi, čo falošne dvíha zisk[3].


4.8.1 Vzťah medzi smerovosťou a ziskom antény

o Smerovosť antény je definovaná ako pomer maximálnej hustoty výkonu antény

voči maximálnej hustote výkonu izotropnej antény.

o Zisk antény je definovaný ako pomer maximálnej hustoty výkonu antény voči

vstupnej hustote výkonu izotropnej antény.

o

D

r

P

p

r

P

pG

r

P

PD

T

avg

I

avg

T

avg

.

44

4

2

max

2

max

2

max

η

ηππ

π

=

=

=

=

η - účinnosť antény, PI - vstupný výkon, G – zisk antény, D – činiteľ smerovosti

4.8.2 Vzťah medzi ziskom a šírkou lúča

Zisk antény možno popísať aj pomocou jej vyžarovacích charakteristík.

HPHP

RGϕθ

π4=

V tomto vzťahu HPHP ϕθ , označujú šírku vyžarovacej charakteristiky v smere

rovín q a f. Činiteľ π4 je priestorový uhol podmienený rozsahom v steradiánoch

(kvadratických radiánoch).

HPHPRG

stupeňsteradian

ϕθ

πππ

41250

41250180

44 22

=

=

=


Tieto vzťahy však počítajú ideálnu charakteristiku bez postranných lalokov. Pre

reálne antény sa používa skor prepočet:

θϕ

32400=RG

Pre anténu s kruhovým vyžarovacím diagramom v jednom smere s použitím

lineárneho elementu pre 3dB vertikálnu šírku lúča môžeme zisk vyjadriť vzťahom:

θθ

6,114

360

41250=≈RG

4.9 Šírenie v horských oblastiach

Horská oblasť je zväčša charakteristická striedaním sa dvoch typov povrchov.

V nižšie položených oblastiach je povrch pokrytý lesným porastom. Naproti tomu vo

vyššie položených oblastiach je to postupne kosodrevina prípadne skalnatý povrch. Les

možno chápať ako plochu pokrytú množstvom uzemnených antén. V takejto oblasti

dochádza ku výraznej absorpcií vĺn dopadajúcich na porast. Taktiež možno hovoriť

o rozptyle a útlme. Rozptyl je zapríčinený dopadom elektromagnetickej vlny na povrch

lesa. Pri tomto jave hrá veľkú úlohu polarizácia. V zalesnených oblastiach dosahujú

systémy používajúce horizontálnu polarizáciu podstatne lepšie výsledky z hľadiska

skreslenia.

Z hľadiska vplyvu prostredia je dôležité uvážiť aj vplyv parametrov ovzdušia teda

napríklad vlhkosť. Končiare vrchov bývajú často zahalené hmlou. Vlhkosť vzduchu má

však výrazný vplyv na vyššie frekvencie. Podobne účinky dažďa a snehu sú pri

frekvenciách v okolí 3,5GHz zanedbateľné. Ich účinok sa začína podstatnejšie prejavovať

až pri frekvenciách vyšších ako 17 GHz.


4.10 Šírenie v mestskej oblasti

Šírenie signálu v mestskej oblasti je omnoho zložitejšia záležitosť. Mestské

prostredie môže mať rôznu konfiguráciu. Podstatné rozdiely možno sledovať nielen vo

výške budov, ale taktiež v rozložení hustoty zástavby. Stacionárne objekty v meste je

možné do určitej miery zohľadniť v návrhu. Avšak v mestskom prostredí sa nachádza aj

veľký počet pohybujúcich sa objektov. Pri návrhoch sa využívajú podrobnejšie modely.

V mestskom prostredí sa využívajú takzvané mikrobunkové systémy. Tieto sú

charakteristické hlavne menšou rozlohou bunky. Pri vysielačoch sa uvažuje z nižšou

polohou antén. Uvažuje sa nielen šírenie na priamu viditeľnosť, ale aj mimo priamej

viditeľnosti. Pri priamej viditeľnosti postačuje model uvažujúci krátkodobý únik

spôsobený odrazmi od budov a zeme. Pri takomto šírení sa uvádza takzvaný bod zlomu.

Tento je definovaný vo vzdialenosti od BS keď voľnosť prvej Fresnelovej zóny klesne

pod hodnotu 55%. Táto vzdialenosť je priamo závislá od výšok oboch antén od zeme

a taktiež od použitej frekvencie. Po presiahnutí bodu zlomu rapídne narastá koeficient

prídavného tlmenia nad hodnotu 2. V prípade dostatočne úzkej ulice dochádza aj ku

vplyvu takzvaného uličného kaňonu. Je spôsobený odrazmi signálu od budov na okraji

ulice.

Pre model nepriamej viditeľnosti sa uvažuje z dvoma efektmi

o Difrakcia cez strechy budov: tento jav zvyšuje nárast vzájomného rušenia.

o Rohový efekt: ak stanicu umiestnime za roh ulice na ktorej je umiestnená BS,

tlmenie náhle stúpne o viac ako 20 dB.


5. Všeobecné informácie o technológií WiMAX

Využívanie bezdrôtových technológií, na poli prístupových a transportných sietí,

sa stalo svetovým trendom. Vysoká popularita takýchto riešení je daná základnými

faktormi, na ktoré sa kladie dôraz pri realizácií projektov, a tými sú CENA,

SPOLAHLIVOSŤ a ČAS potrebný na realizáciu. O konkurencieschopnosti bezdrôtových

technológií rozhodujú neporovnateľne nižšie nároky z hľadiska ceny a času potrebného

na realizáciu.

Po evidentnom úspechu zariadení založených na štandardoch IEEE 802.11, ktorý

doslova prinútil výrobcov modifikovať zariadenia pre použitie vo vonkajšom prostredí,

vznikol dopyt po spoľahlivej technológii vhodnej pre pokrytie veľkých území a pripojenie

veľkého počtu užívateľov. Technológia by nemala slúžiť len pre potreby koncových

užívateľov služieb, ale mala by dávať novú možnosť nahradiť káblové spoje

bezdrôtovými.

Reakcia prišla vo forme štandardu IEEE 802.16, ktorý si ihneď po svojom

uvedení, získal pozornosť vo výrobnom sektore. Po dlhom vývoji majú dnes výrobcovia

k dispozícií čipové sady tvoriace vhodnú platformu pre vývoj zariadení štandardu IEEE

802.16 [4].

5.1 IEEE 802.16

Označenie WiMAX je skratkou z Worldwide Interoperability for Microwave

Access (celosvetová interoperabilita pre mikrovlnný prístup), za ktorou sa skrýva

bezdrôtový štandard IEEE 802.16 a jeho ďalšie revízie - 802.16a, 802.16c, a 802.16d.

Pripravuje sa aj zavedenie rozšírenia 802.16e a 802.16g, ktoré majú riešiť otázky mobility

účastníka a podporu OS.

Tento štandard definuje dve rozpätia frekvencií, ktoré táto technológia používa.

V prvom rade je to pásmo 10 až 66 GHz, ktoré vyžaduje priamu viditeľnosť. Druhým

variantom je pásmo 2 - 11 GHz, v ktorom je možné za určitých podmienok vytvoriť

spojenie aj bez potreby priamej viditeľnosti.


Wimax je lukratívny hlavne pre jeho možnosť pripojiť aj odľahlejšie oblasti, ako

napríklad dediny, bez pomoci pevných káblových prípojok, pomocou bezdrôtového

pripojenia. Bežnému používateľovi by sa táto technológia mohla dostať do rúk už v roku

2006. Spoločnosť Intel uviedla prvý čip Wimax pod kódovým označením Rosedale už 18.

4. 2005. Technológii Wimax sa začalo naplno venovať veľké množstvo výrobcov

hardwaru.

5.2 Postupné inovácie štandardu

Pracovná skupina IEEE 802.16 založená v roku 1999 vytvorila ako prvú normu

802.16 v roku 2001. Následne v roku 2002 bola definovaná norma 802.16a, ktorá

obsahovala rozšírenie o frekvenčné pásmo 2-11 GHz. 802.16c vznikla v roku 2003 a rieši

podrobné špecifikácie implementácie normy 802.16. Následne 802.16d ako zhrnutie

802.16/a/c.

Najpopulárnejším využívaným pásmom, sa pravdepodobne stane pásmo 3,5 GHz,

v ktorom aj Telekomunikačný úrad SR udelil nedávno licencie štyrom komerčným

subjektom. Pochopiteľne, že je veľmi atraktívne aj použitie nelicencovaného pásma.

5.3 Štruktúra siete WiMAX

Siete založené na štandarde WiMAX sú predovšetkým sieťami s bunkovou

typológiou. Point-To-Multipoint (bod – viac bodov). Jedná sa o štruktúru, kde existuje

hlavná základňová stanica (BS), ktorá je schopná samostatne komunikovať s okolitými

klientskými stanicami. To znamená, že nie je potrebné priame prepojenie medzi

koncovými stanicami (SS) navzájom.

BS (Base Station)

Z hľadiska štruktúry siete je hlavným prvkom takzvaná základňová stanica BS

(Base Station) Táto môže byť realizovaná ako celok, ale zväčša sa skladá z dvoch blokov.


o BSRU (Base Station Radios Unit) – je to rádiová jednotka schopná vytvoriť

jednu bunku. Pri takejto jednotke je zaujímavým údajom uhol vyžarovacej

charakteristiky. Veľkosť tohoto uhla je závyslá od použitej antény. Nejedná sa

však o pasívnu časť. Jednotka obsahuje zariadenia ako vysielač, prijímač. Má

vlastnú riadiacu jednotku a dokáže obsluhovať vnútrobunkovú komunikáciu.

o BSDU – (Base Station Distribution Unit) - ktorá má riadiacu a spojovaciu

funkciu pre jednotlivé prvky BSRU. Táto jednotka sa využíva pri aplikáciách

s veľkým počtom užívateľov, kde je potrebný manažment spojení medzibunkovej

komunikácie a vyššie funkcie siete.

(SS) Subsriber station

SS je zariadenie tvoriace koncový bod siete z hľadiska užívateľa. Pre

jednoduchosť je možné povedať, že sa zväčša jedná o rozhranie, na ktoré je možné

pripájať prvky, ktoré tvoria rozhranie užívateľ / sieť.

5.4 Vrstvy štandardu 802.16

V štandarde sú definované prvé dve vrstvy modelu RM-OSI. Teda fyzická a linková.

Obr. 5.4.1 Vrstvy štandardu 802.16


5.4.1 Fyzická vrstva

Bola navrhnutá tak, aby vyhovovala čo možno najväčšiemu spektru požiadaviek.

Je použitý prenosový mechanizmus rámcov, umožňujúci meniť parametre prenosu pre

každú SS zvlášť.

Špecifikácia súvisiacich služieb

Na poskytnutie služieb vyššej vrstve, slúži PHY SAP. Služby možno deliť do 3

kategórií.

a) Služby určené pre prenos dát, teda prostriedok pre MAC vrstvu.

b) Služby určené pre interakciu typu PHY – PHY, vzťahujúce sa k ovládaniu vrstvy.

c) Služby určené pre správu PHY. (prispôsobenie frekvencie, manažment výkonu,

korekcia doby oneskorenia ...)

Uplink / downlink

Uplink PHY je založený na kombinácií TDMA a DAMA. Kanál je rozdelený na

niekoľko časových slotov. Pričom počet týchto slotov, pridružených ku jednotlivým

operáciám, je ovládaný základňovou stanicou. Tým je zaručená flexibilná zmena potrebná

pre dosiahnutie optimálneho výkonu.

Kanál určený pre downlink používa multiplex TDM. Prúd informácií prevezme

každá zo staníc v danom sektore. Aby bola zabezpečená podpora aj poloduplexného

prenosu, ostáva rezerva pre TDMA.

Na fyzickej vrstve je postupnosť bitov štruktúrovaná do rámcov rovnakej dĺžky.

Každý z rámcov je delený na podrámce uplink a downlink. Podrámec pre downlink

pozostáva z nešifrovaných riadiacich a synchronizačných informácií. Ak je použité TDD,

je najprv vyslaný podrámec downlink a následne uplink. V prípade FDD prebieha prenos

súbežne.


Downlink PHY: Pre smer od BS ku SS štandard rozlišuje dva druhy rámcov podľa toho

či je použitý TDD alebo FDD.

Obr. 5.4.1.1 Rámec pre downlink / TDD

Podrámec pre TDD začína úvodnou preambulou. Táto obsahuje informácie

o synchronizácií a vyrovnaní signálu. Nasleduje riadiaca sekcia rámca, v ktorej sa

nachádzajú informácie o fyzických slotoch (DL-MAP, UL-MAP). Na týchto slotoch

začína zhluk pre downlink a uplink. Ďalej sa nachádza TDM časť (TDM portion), ktorá

nesie dáta s odlišným zhlukovým profilom. Každá stanica prevezme a dekóduje riadiace

informácie rámca a podľa nich nájde hlavičky MAC v ostatku downlink podrámca.

Obr. 5.4.1.2 Rámec pre downlink / FDD


Podrámec pre FDD downlink je organizovaný podobne ako u TDD. Avšak

riadiaca časť DL-MAP obsahuje aj TDMA sloty. Pomocou nich je umožnené každej

stanici dekódovať len dáta, ktoré sú pre ňu určené. To značne urýchľuje spracovanie.

Uplink PHY

Obr. 5.4.1.3 Rámec pre uplink

Rámec pre uplink PHY môže obsahovať tri skupiny zhlukov.

a) Inicializačné zhluky (Initial Maintence burst) – môže dôjsť ku kolízií medzi

stanicami.

b) Zhluky obsahujúce odpoveď na multicast a broadcast vysielanie (Bandwidth

Request). Taktiež môže dôjsť ku kolízií.

c) Zhluky prenášané v pravidelných intervaloch.

V každom rámci sa môže vyskytovať akýkoľvek druh zhlukov. Ani poradie nie je

určené. Obmedzenie je iba z pohľadu maximálnej dĺžky rámca.


5.4.2 Možné varianty fyzickej vrstvy

Tab. 5.4.2.1 Možné varianty fyzickej vrstvy

Názov Funkcia LOS/NLOS Frekvencia Duplex

WirelessMAN-SC Point-to-point LOS 10-66 GHz TDD, FDD WirelessMAN-SC2 Point-to-point NLOS 2-11 GHz TDD, FDD

WirelessMAN-OFDM

Point-to-multipoint NLOS 2-11 GHz TDD, FDD

WirelessMAN-OFDMA

Point-to-multipoint NLOS 2-11 GHz TDD, FDD

WirelessHUMAN Point-to-multipoint NLOS 2-11 GHz TDD

WirelesMAN-SC a WirelessMAN-SC2 (SC – single carrier modulation format), znamená

že pri modulácií signálu sa prenosové pásmo kanálu nedelí na menšie časti. Na

strane prijímača sa prakticky posudzuje energetický obsah prijatého spektra).

WirelessMAN-OFDM – delenie prenosového pásma kanálu na 256 subpásiem.

WirelessMAN-OFDMA - delenie prenosového pásma kanálu na 2048 subpásiem.

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) je multiplexovanie

ktoré sa v bezdrôtových systémoch využíva už dlhšiu dobu. Jeho výhodou je schopnosť

prenosu dát v sťažených podmienkach vysielania či príjmu signálu. Podstata spočíva

v rozdelení spektra na určitý počet menších subpásiem. Tvar spektra týchto subpásiem,

pripomína funkciu sinc. Vzájomnému rušeniu je zamedzené vhodným rozpoložením

a oddelením týchto subkanálov. Výhody tejto metódy sa umocnia použitím adaptívneho

ekvalizéra, ktorý je schopný pružne reagovať na zmeny prenosových pomerov. Metóda je

podstatne odolná voči viaccestnému šíreniu signálu.

SC OFDM

Obr. 5.4.2.1 Porovnanie SC a OFDM


Možnosť flexibilnej šírky prenosového kanálu:

Technológia podporuje variabilnú šírku pásma prenosových kanálov kvôli

zabezpečeniu celosvetovej použiteľnosti. To znamená, že veľa vlastností systému záleží

na konkrétnych podmienkach. Je to však význačný krok pre operátorov, pretože môžu

deliť šírku prideleného pásma medzi viaceré systémy.

Módy duplexnej komunikácie na fyzickej vrstve

o FDD (Frequency-Division Duplex) je metóda, ktorá sa využíva pre oddelenie

smerov prenosu (upstream/downstream). V praxi to znamená, že dáta prenášané

od účastníka sú namodulované na inú nosnú frekvenciu ako dáta prenášané

smerom k účastníkovi. Rozstup týchto frekvenčných pásiem závisí od nosnej

frekvencie – pre prenos v slovenských podmienkach v pásme 3,5GHz je to 100

MHz, pričom šírka jedného kanála je 7 MHz.

o TDD (Time Division Duplexing) Vo svete sa využíva aj spôsob označovaný ako

TDD (Time Division Duplexing), ktorý na prenos v obidvoch smeroch využíva

iba jednu frekvenciu, pričom prenos je synchronizovaný v čase.

Pri komunikácií v smere od SS ku BS využíva tento systém TDMA (Time-

Division Multiple Access), ako viacnásobnú prístupovú metódu za účelom rozdelenia

a lepšieho využitia kapacity média.

Prístupová metóda TDMA

Využívaná pri systémoch s TDM. Známa aj pod názvom časovo delený

viacnásobný prístup, prideľuje celkovú prenosový kapacitu média striedavo jednotlivým

zdrojom signálu, na presne stanovený časový interval, v presne stanovených časových

odstupoch. Multiplexovanie údajov môže byť bitovo alebo blokovo orientované.

o Bitovo orientované multiplexovanie vytvára súvislý tok dát, ktoré produkujú

vzájomne zosynchronizované terminály. Metóda sa nazýva STM (Synchronous

Transfer Mode). Nevýhodou je použiteľnosť metódy len pre malé prenosové


rýchlosti, ktorá je zapríčinená vysokými požiadavkami na oneskorenie

prenosového média.

o Blokovo orientované multiplexovanie vytvára tok dát z blokov medzi ktorými

existuje medzera. Je možné použiť STM (Synchronous Transfer Mode) prípadne

ATM (Asynchronous Transfer Mode).

V opačnom smere dáta prúdia pomocou TDM (Time-Division Multiplex) s

centralizovaným plánovačom, ktorého úlohou je efektívne a prednostné pridelenie šírky

pásma. Práve tento prístup predurčuje WiMAX k použitiu pri prenosoch náchylných na

dobu oneskorenia a šírku pásma. Jedná sa o podporu hlasovej komunikácie, prenos videa

v reálnom čase atd.. TDM/TDMA taktiež zamedzuje vzniku kolízií a definuje určitú

maximálnu možnú hodnotu pre oneskorenie. Mimo iného zaisťuje aj podporu pre

skupinovú komunikáciu [5,6].

5.4.3 Ovládanie rádiového podsystému

Synchronizácia

Demodulátor downlinku je zdrojom referenčných hodinových impulzov. Presná

synchronizácia sa prevádza na základe kalibračných procedúr, zabraňujúcich

vzájomnému rušeniu.

Riadenie výkonu

Je realizované na základe kalibrácie a následného pravidelného merania. Toto

vykonáva BS. Na základe meraní rozosiela správy pre optimalizáciu staníc. Algoritmus je

navrhnutý tak, aby dokázal zvládnuť útlm do 10 dB za sekundu až do úrovne maximálne

40 dB. Tento algoritmus je na rozhodnutí a realizácií výrobcu [5,6].


5.4.4 Linková vrstva

MAC – podvrstva - Nad fyzickou vrstvou je definovaný protokol MAC. Určenie

tohto protokolu asi najlepšie vystihuje voľný preklad slov, z ktorých je odvodený jeho

názov – kontrola prístupu k médiu.

MAC – PDU teda dátový rámec tejto podvrstvy pozostáva zo záhlavia fixnej

dĺžky, dátového bloku variabilnej šírky a poľa (CRC), ktoré má voliteľnú dĺžku.

Maximálna dĺžka tohto rámca je 2048 bytov.

Druhy záhlaví:

o Generic header – záhlavie rámca určeného na prenos samotných dát. Časť

záhlavia slúži na identifikáciu rámca pri fragmentácií.

o Bandwidth request header – rámec s touto hlavičkou slúži na prenos požiadavky

o rezervovanie šírky pásma od klientskej stanice.

Z hľadiska manažmentu spojenia linkovej vrstvy existujú tri odlišné druhy

manažmentových spojení, ktoré prenášajú riadiace informácie medzi BS a SS. Tieto

spojenia špecifikujú rôzne nároky z hľadiska QoS dané rôznymi úrovňami manažmentu.

Základné spojenie je používané na prenos krátkych správ označených ako MAC and

Radio Link Control messages (RLC). Primárne manažmentové spojenie prenáša dlhé

a časovo nenáročné správy potrebné pre autentifikáciu a správu spojení. Sekundárne

spojenie je používané na prenos správ štandardov ako napríklad DHCP, TFTP, SNMP

[5,6].


5.4.5 Quality of Service

Z hľadiska zabezpečenia kvality služieb je možné použiť štyri úrovne

prideľovania priority pomocou QoS.

o V prvej úrovni sa nachádzajú hlasové prenosy.(VoIP)

o Menšiu prioritu má prenos v reálnom čase na základe výzvy. (typicky je to video

MPEG).

o V tretej úrovni prideľovania priorít sa nachádzajú prenosy na základe výzvy, ktoré

však netreba realizovať okamžite (FTP).

o Najnižšiu prioritu majú pridelenú služby, ktoré sú najmenej náročné na kolísanie

latencie či šírku pásma. [5,6]

5.4.6 Bezpečnosť

Zabezpečenie užívateľov i vlastnej komunikácie pri WiMAX zodpovedá

súčasným požiadavkám na sieťovú bezpečnosť. Autentifikácia a autorizácia staníc

prebieha na základe digitálneho certifikátu X.509 prideleného stanici pri výrobe

a certifikátu výrobcu.

Pre ochranu samotných dát sa používa protokol PKM (Privacy Key Management).

Pre samotné šifrovanie dát sa používa DES (Data Encryption Standard). Šifrovacie kľúče

sa vymieňajú za použitia 3DES.

Technológia je navrhnutá tak, aby vyhovovala požiadavkám na spoľahlivosť

a dostupnosť komunikačnej siete v 99,999%. Je teda možné použiť WiMAX pri

komunikačných aplikáciách citlivých na oneskorenie a stratu dát. Túto technológiu je

teda možné použiť najme v metropolitných komunikačných sieťach a prístupových

sieťach [5].


5.5 Ďalšie charakteristiky

o Prenosová rýchlosť: Keďže WiMAX je predovšetkým štandardom určeným pre

tvorbu bunkovej typológie, definícia prenosovej rýchlosti sa zväčša vzťahuje na

jeden smer (bunku). Pri plnom nasadení sa počíta s rozdelením priestoru v okolí

bázovej stanice na 6 sektorov. Štandard nedefinuje presne ani šírku kanálu.

Maximálna prenosová rýchlosť teda závisí na veľkom počte faktorov (šírka

prenosového kanálu, modulácia, duplexný mód ...). Podporovanú kapacitu je

možné podľa potreby rozdeľovať vzhľadom na počet SS a ich nároky.

o Doplnkové prostriedky: Štandard 802.16 umožňuje zvyšovanie kapacity bunky

pri raste siete, pružným prideľovaním šírky pásma rádiových kanálov

a opätovným využívaním kanálov. Ďalej špecifikuje napríklad riadenie

vysielacieho výkonu a meranie kvality prenosu, ako doplnkové prostriedky pre

plánovanie a efektívne využívanie spektra. Frekvenciu systém možné vyberať

dynamicky čo je dôležité pre činnosť v nelicencovanom pásme.

5.6 Certifikácia

Následne po uvedení prvých zariadení na trh, organizácia s názvom WiMAX

forum avizovala možnosť určitej certifikácie zariadení štandardu IEEE 802.16. Členmi

organizácie WiMAX forum sú samotní výrobcovia zariadení a systémov. Keďže samotný

štandard 802.16 je vo veľa veciach benevolentný, snahou tohto zoskupenia výrobcov

a používateľov je certifikovať vzájomne kompatibilné zariadenia.

Tento pokrok je nesporným úspechom pri zavádzaní tejto technológie na trh.

Certifikačný proces je rozdelený do niekoľkých etáp. Každá z nich rieši samostatnú časť

zhody. Výsledok prvej etapy, je zaujímavý pre každého, koho sa pojem WiMAX čo len

okrajovo dotýka. Hlavným cieľom certifikácie je samotná kompatibilita systémov a ich

súčastí.

Certifikovanie produktov býva často brané čiernobielo. V skutočnosti je však

situácia iná. V prvej vlne certifikácie sa testuje v podstate Api (Air protocol

interoperability). To však znamená že takto certifikované zariadenia nemusia byť


kompatibilné na úrovni napríklad QoS. Výsledkom práce WiMAX fóra je aj koncept,

ktorý definuje plánované schopnosti systémov štandardu 802.16. Do dnešnej doby boli

vytvorené koncepty pre 3 profily [7].

Systém pracujúci v profile 3.5F1

o Prenosové pásmo – 3,5 GHz

o Šírka prenosového kanálu - 3,5 MHz

o Duplexný mód – FDD

o Mód fyzickej vrstvy – OFDM 256

o BS – zisk antény 16dBi, efektívny vyžiarený výkon max 47 dBm, výška antény

30m

o SS - zisk antény 18dBi, efektívny vyžiarený výkon max 30 dBm, výška antény 2m

o Bitová rýchlosť na úrovni rádiového prenosu: 13,4 Mbit/s uplink, 13,4 Mbit/s

downlink

o Maximálna priepustnosť na rozhraní siete eternet pri modulácií 64QAM: 9 Mbit/s

uplink, 10 Mbit/s downlink

o Minimálna priepustnosť na rozhraní siete eternet pri modulácií BPSK: 1,2 Mbit/s

uplink, 1,3 Mbit/s downlink.

o Maximálna dosiahnuteľná vzdialenosť: LOS – 50 km, NLOS – 2,75 km

o Oneskorenie Eternet – Eternet 22ms

Systém pracujúci v profile 3.5T1


o Šírka prenosového kanálu - 7 MHz

o Duplexný mód – TDD



30m



downlink

o Maximálna priepustnosť na rozhraní siete pri modulácií 64QAM: 9 Mbit/s uplink,

9 Mbit/s downlink


o Minimálna priepustnosť na rozhraní siete pri modulácií BPSK: 1,1 Mbit/s uplink,

1,1 Mbit/s downlink.

o Maximálna dosiahnuteľná vzdialenosť: LOS – 50 km, NLOS – 2,5 km

o Oneskorenie Eternet – Eternet: min. 12ms

Systém pracujúci v profile 5.8T1


o Šírka prenosového kanálu - 10 MHz

o Duplexný mód – TDD



30m



downlink

o Maximálna priepustnosť na rozhraní siete pri modulácií 64QAM: 15 Mbit/s

uplink, 15 Mbit/s downlink

o Minimálna priepustnosť na rozhraní siete pri modulácií BPSK: 1,8 Mbit/s uplink,

1,8 Mbit/s downlink.

o Maximálna dosiahnuteľná vzdialenosť: LOS – 50 km, NLOS – 1 km

o Oneskorenie Eternet – Eternet: min. 9,5 ms

5.7 Budúcnosť technológie vo svete

WiMAX má určite budúcnosť. Dôkaz je možné pozorovať na reakcií trhu priamo

na území Slovenska. Je samozrejmé, že masové využívanie tejto technológie si vyžaduje

nemalé úsilie pri jej zavádzaní. Jednoducho povedané v momentálnom čase prebieha

etapa, ktorej výsledkom by malo byť čo možno najlepšie pokrytie územia. Táto etapa je

však aj najlukratívnejšia pre investorov, čo bolo možné sledovať napríklad na procese

prideľovania licencií v prenosovom pásme 3,5GHz. Víziou pokrytia vo veľkých mestách

je stav, kedy by na plnohodnotné pripojenie a prevádzku, bolo možné použiť vnútorné

zariadenia, bez potreby externých antén, inštalovaných na budovách. Dosiahnutie tohto

stavu sa predpokladá v 3. kvartáli roku 2006.


Avšak využitie tejto technológie nie je obmedzené len na úroveň prístupových

sietí. Nakoľko sa jedná o v celku bezpečnú technológiu, predpokladá sa jej uplatnenie aj

vo sfére transportných sietí, pričom prístupové siete môžu byť realizované za pomoci

iných technológií.

Pochybnosti o možnostiach uplatnenia tohto štandardu definitívne zmaril

napríklad projekt Japonskej metropolitnej siete, ktorá by mala byť realizovaná za pomoci

technológie WiMAX konkrétne v pásme 4,9 GHz. Projekt obsahuje 600 základňových

staníc, ktoré by mali zabezpečovať konektivitu pre tisíce klientov.


6. Návrh

6.1 Frekvenčné pásmo

Prenosový systém musí v prvom rade spĺňať nároky kladené zo strany TU SR na

prenos v pásme 3,5 GHz. Z tohto pohľadu by bolo najvýhodnejšie použiť systém

s frekvenčne deleným duplexom, s využitím šírky kanálu 7 MHz pre downlink a rovnako

pre uplink.

6.2 Prenosová rýchlosť

Z hľadiska prenosovej rýchlosti možno definovať nasledovné požiadavky. Pre

pripojenie Tatranská Javorina zvoliť systém s prenosovou rýchlosťou približne 10 Mbit/s,

nakoľko uzol siete SANET, ktorý je zakončený v obci Stará Lesná, nedisponuje vyššou

kapacitou. Pre detašované pracovisko Liptovský Mikuláš je najvhodnejšie vytvoriť čo

najlepšie možné podmienky, ktoré zvolený systém podporuje.

6.3 Detašované pracovisko Liptovský Mikuláš

6.3.1 Charakteristika objektu

o Podsieť pedagógov (35 PC) obsahuje server na ktorom sú prevádzkované e-mailové služby pre

pedagógov a server pre http://www.lm.utc.sk ďalej databáza pre program STUDENT

a potreby ekonomického úseku.

o Podsieť internátov (50 PC) samostatný server pre prevádzku http://ilm.utc.sk o e-mailový

server ešte nebol prejavený záujem.

o V rámci IP telefónie (VoIP) boli doposiaľ pripojené 4 stanice, pričom v prípade možnosti sa

plánuje rozšírenie na 15 telefónnych staníc. [11]

Najbližší uzol siete SANET leží na spojnici Ružomberka a Popradu. Na oba smery disponuje sieť SANET

pripojením s max. prenosovou kapacitou 1 Gbit/s [8].


6.3.2 Poloha objektov

(1) – Detašované pracovisko ul. kpt. J. Nálepku1390 031 01 Liptovský Mikuláš

(2) – Školské výpočtové stredisko. Hurbanova 6 Liptovský Mikuláš

(3) – Posádková ubytovňa (budova 8 poschodí)

Obr. 6.3.2.1 Mapa oblasti Liptovský Mikuláš [9]

Na mapke je možné vidieť polohu detašovaného pracoviska (1), polohu uzla siete

SANET (2), polohu momentálneho retranslačného bodu (3). Medzi bodmi (1) a (2) nie je

možnosť priamej viditeľnosti. Vzdialenosť medzi týmito dvoma bodmi je 1400 m. Ako

vidno, jedná sa o husto osídlenú oblasť (mesto). Bod (3) predstavuje 8 poschodovú

budovu, z ktorej je možné realizovať spojenia k bodom (1) a (2) pri priamej viditeľnosti.

Pomocou tejto trasy je momentálne realizovaný rádiokomunikačný systém. Tento však

nevyhovuje požiadavkám, pretože pracuje vo voľnom pásme, ktoré je podstatne rušené.

Keďže sa jedná o preklenutie veľmi malej vzdialenosti, systém bude tvorený jednou

bunkou. Do úvahy pripadajú dva rôzne varianty.

a) Prvým vhodnejším variantom je umiestniť BS do bodu (3) a dimenzovať ju na

pokrytie bodov (1) a (2), v ktorých budú umiestnené SS.

b) Druhým variantom je návrh s využitím schopnosti siete pracovať v podmienkach

NLoS. Umiestnenie BS bude v bode (2) a SS v bode (1).


Variant a)

Keďže BS disponuje internou anténou s vyžarovacím uhlom 60° bolo by potrebné

použiť dve BS a dva prenosové kanály. Vhodnejšie riešenie je, vzhľadom na požiadavku

pokryť malé územie, použitie všesmerovej antény. Pre realizáciu som vybral systém

firmy Airspan uvedený pod označením AS.MAX. Pre realizáciu BS bude použitá stanica

MicoMAX SOC. Pre realizáciu SS som zvolil koncové zariadenie ProST. Ako externú

anténu som zvolil OMNI – 10 - 3.5, ktorá bude k BS pripojená pomocou koaxiálneho

kábla RG 213 o dĺžke 1,5m. BS samotná bude plniť funkciu bridge. Koncové body

spojenia budú predstavovať SS. Tieto budú umiestnené na budovách príslušných objektov

a nasmerované na polohu BS. Na strane detašovaného pracoviska nahradí SS momentálne

zariadenie rádiokomunikačného systému. Rovnako na strane bodu (2). Aby bola trasa

klasifikovaná ako LoS, je potrebné aby fresnelovu zónu v žiadnom bode netienila

prekážka o viac ako 40% jej obsahu. Keďže antény budú umiestnené na stožiaroch, ktoré

ležia na strechách budov, je potrebné zabezpečiť dostatočnú výšku na to, aby okolité

budovy svojimi rohmi neclonili fresnelovej zóne.

Variant b)

V tomto variante sa práve využíva predurčenosť štandardu WiMAX pre aplikáciu

v mestskom prostredí. BS, rovnaké zariadenie ako v predošlom prípade, bude umiestnená

v bode (2). Na pokrytie oblasti sa použije interná anténa BS. V bode (1) bude umiestnená

SS ako jediná koncová stanica systému. Systém bude pracovať v podmienkach NLoS. Na

posúdenie spoľahlivosti tohoto riešenia by bolo potrebné vykonať meranie s konkrétnymi

zariadeniami. Systémy WiMAX sú schopné pracovať v podmienkach NLoS za

predpokladu zníženia prenosovej rýchlosti, nakoľko sa upravuje modulácia podľa

podmienok prenosu. Aby bolo možné predpokladať možnosti systému v takýchto

podmienkach bolo by potrebné spracovať podrobný model oblasti.


6.3.3 Technické parametre komponentov systému

(BS) Base Station: MicroMAX SOC

RF rozhranie:

o Schéma RF Multiple Access – OFDM o Frekvenčné pásma - 3.4 - 3.6 GHz, 5.8 GHz o Šírka kanála - 1.75 MHz, 3.5 MHz, 7 MHz, 10 MHz o FFT – 256 o Duplex metóda - FDD + TDD o Uhol pokrytia – 60° o Podporované modulácie - 64QAM, 16QAM, QPSK, BPSK (automatický výber

najvhodnejšieho módu). o Podporované profily WiMAX - 3.51F1, 3.5F2, 3.5T1, 3.5T2, 5.8T o Podporovaný štandard - IEEE 802.16-2004 o Tx výkon - +28 dBm o Rx citlivosť - -115 dBm (1/16), -103 dBm (1/1)

vlastnosti IP:

o IP Mód - 802.1d samoučiaci bridge o IPv - IPv4 + IPv6

šifrovanie:

o AES CCM o TEK AES 128bit o TEK AES 1024

Sieťové rozhranie:

o 100bT Ethernet

(SS) Subscriber Station: MicroMAX ProST

RF rozhranie:

o Schéma RF Multiple Access – OFDM o Frekvenčné pásma - 3.4 - 3.6 GHz, 5.8 GHz, 4.9 - 5.0 GHz, 2.3 - 2.4 GHz o Šírka kanálu - 1.75 MHz, 3.5 MHz, 5 MHz, 7 MHz, 10 MHz o FFT – 256 o Duplex metóda - HFDD + TDD o Podporované modulácie - 64QAM, 16QAM, QPSK, BPSK o Podporované profily WiMAX - 3.51F1, 3.5F2, 3.5T1, 3.5T2, 5.8T o Podporovaný štandard - IEEE 802.16-2004 o Tx výkon - +23 dBm o Rx citlivosť - -103 dBm


Anténa: OMNI – 10 - 3.5

o Pracovné pásmo: 3.4 - 3.6GHz o Uhol vyžarovania: 360° o Zisk: 10 dBi

Koaxiálny kábel: RG 213 Konektory 1x N/F – 1x N/F, dĺžka 1,5m, útlm 1,33 dB

[10].

6.3.4 Simulácia návrhu v programe RADIOLAB

Na simuláciu tohto konkrétneho prípadu by bolo potrebné využiť čo možno

najautentifickejší model prostredia. Aby boli výsledky simulácie postačujúce, model by

musel obsahovať objekty do úrovne približných rozmerov budov. Moduly programu

RADIOLAB s ktorými som pracoval, zahŕňajú zjednodušené modely mestského

prostredia. Pri module simulujúcom terénny profil, je možné skúmať spoj z hľadiska

priamej viditeľnosti. Avšak program RADIOLAB vo svojich výpočtoch nezohladňuje

vplyvy krátkodobého úniku. Z týchto dôvodov by bolo potrebné na simuláciu použiť iný

program prípadne modul, ktorý by sa viac približoval skutočnej situácii. Vykonaná

simulácia pre variant b) je uvedená v časti príloh (príloha č.2).


6.4 Detašované pracovisko Tatranská Javorina

Charakteristika objektu

o Objekt predstavuje lokálnu sieť. Pracovisko má kapacitu 20 pedagógov a 20 študentov. Toto detašované pracovisko Žilinskej univerzity momentálne nedisponuje pripojením do siete SANET.

6.4.1 Poloha objektov

(1) - Výskumný ústav vysokohorskej biológie (VÚVB) 059 56 Tatranská Javorina 7 (2) - Uzol siete SANET Stará Lesná

Obr. 6.4.1.1 Mapa oblasti Tatranská Javorina [9]

Na mapke je možné vidieť polohu detašovaného pracoviska (1) a polohu

príslušného uzla siete SANET (2). Medzi bodmi nie je možnosť priamej viditeľnosti.

Jedná sa o horskú oblasť s podstatným prevýšením. Je potrebné nájsť vhodné objekty pre

umiestnenie prípadných retranslačných bodov. Na prvý pohľad by bolo možné použiť dva

postupy.


a) Vytvoriť trasu okolo pohoria.

b) Preklenúť prevýšenie pomocou retranslačných bodov umiestnených na hrebeňoch

vrchov.

Variant a)

Vzhľadom na členitosť terénu nie je možné nájsť efektívnu trasu. Predbežne som

počítal s možnosťou využitia Tatranskej kotliny a priesmyku medzi vrchom Havran

a Ždiar. Ako vhodný zdroj informácií o teréne som použil práve program RADIOLAB

a jeho modul profil. Po preskúmaní situácie som prišiel k záveru, že riešiť situáciu

takýmto spôsobom je vzhľadom na hornatý profil nevhodné. Bol by potrebný veľký počet

retranslačných bodov, čo by malo veľký dopad na celkové oneskorenie prenosu.

Variant b)

Za prvý najvýznamnejší retranslačný bod som zvolil Lomnický štít. Tento bod je

mimoriadne výhodný, nakoľko sa presne na vrchole nachádza Observatórium Lomnický

štít (SAV). Tento objekt je ideálnym bodom na vytvorenie retranslačnej stanice. Navyše

podmienky spojenia s bodom (2) sú ideálne. Menej výhodná situácia nastáva pri riešení

spojenia medzi retranslačnou stanicou a bodom (1). Hrebene vrchov, ktoré stoja pozdĺž

trasy predstavujú vážny problém. Nakoľko obec Tatranská Javorina je obkolesená horami

prakticky zo všetkých strán, objavujú sa početné prekážky. Vzdialenosť medzi bodom (2)

a retranslačnou stanicou je 9 km. Vzdialenosť medzi bodom (1) a retranslačnou stanicou

je 9,5 km.

o Riešením by bolo umiestnenie viacerých retranslačných bodov na hrebeňoch

vrchov brániacich priamej viditeľnosti. Pri takomto riešení by sa však s ohľadom

na charakter prostredia objavili problémy týkajúce sa napájania a umiestnenia

zariadení.

o Ďalším riešením by mohlo byť vytvorenie retranslačnej stanice smerom na západ

ďalej od pohoria, ktorá by bola schopná priameho spoja s retranslačným bodom

a aj s objektom v Tatranskej Javorine.


Aby som mohol posúdiť možnosti a body v ktorých by bolo možné zo stanicou na

Lomnickom Štíte komunikovať, vytvoril som si orientačnú simuláciu pokrytia

v programe RADIOLAB. Pri simulácií som použil vysielač so všesmerovou anténou. Ako

vidno v prílohe č.5 obec Tatranská Javorina je v pásme nepriamej viditeľnosti. Avšak

južne od nej program vykreslil oblasť, s predpokladaným pokrytím, ktorá je v prílohe

zvíraznená boelou kružnicou. Vykonal som teda simuláciu (príloha č.6) v terénnom

profile, ktorá dokazuje že v danej oblasti je možné dosiahnuť priamej viditeľnosti.

Hranica tejto oblasti je však mimo obce Tatranská Javorina. Priamy spoj je však možné

vybudovať ku koncovému bodu lyžiarskej zjazdovky. Takýto bod by mal vyhovovať aj

v ohľade na napájanie zariadeni. BS bude rovnako realizovaná pomocou modulu

MicroMAX SOC. Modul bude však rozšírený o dve externé antény AS 38-21. Tieto budú

pripojené ku modulu pomocou koaxiálneho kábla RG 213 o dĺžke 1,5m. Antény

budú nasmerované na body (1) a (2). Pre realizáciu dokončenia trasy až ku budove

samotného detašovaného pracoviska, by bolo potrebné využiť ešte jeden retranslačný

bod. Tým by sa náklady potrebné na vybudovanie spoja prakticky zdvojnásobili.

S ohľadom na vzdialenosť, ktorá činí približne 500 m a výhodnú polohu lyžiarskeho

strediska, by som navrhoval túto poslednú časť trasy realizovať pomocou bezdrôtovej

technológie štandardu 802.11.

6.4.2 Technické parametre komponentov systému

(BS) Base Station: MicroMAX SOC

RF rozhranie:

o Schéma RF Multiple Access – OFDM o Frekvenčné pásma - 3.4 - 3.6 GHz, 5.8 GHz o Šírka kanálu - 1.75 MHz, 3.5 MHz, 7 MHz, 10 MHz o FFT – 256 o Duplex metóda - FDD + TDD o Uhol pokrytia – 60° o Podporované modulácie - 64QAM, 16QAM, QPSK, BPSK (automatický výber

najvhodnejšieho módu). o Podporované profily WiMAX - 3.51F1, 3.5F2, 3.5T1, 3.5T2, 5.8T o Podporovaný štandard - IEEE 802.16-2004 o Tx výkon - +28 dBm o Rx citlivosť - -115 dBm (1/16), -103 dBm (1/1)

vlastnosti IP:

o IP Mód - 802.1d samoučiaci bridge


o IPv - IPv4 + IPv6

šifrovanie:

o AES CCM o TEK AES 128bit o TEK AES 1024 Sieťové rozhranie:

o 100bT Ethernet

(SS) Subscriber Station: MicroMAX ProST

RF rozhranie:

o Schéma RF Multiple Access – OFDM o Frekvenčné pásma - 3.4 - 3.6 GHz, 5.8 GHz, 4.9 - 5.0 GHz, 2.3 - 2.4 GHz o Šírka kanálu - 1.75 MHz, 3.5 MHz, 5 MHz, 7 MHz, 10 MHz o FFT – 256 o Duplex metóda - HFDD + TDD o Podporované modulácie - 64QAM, 16QAM, QPSK, BPSK o Podporované profily WiMAX - 3.51F1, 3.5F2, 3.5T1, 3.5T2, 5.8T o Podporovaný štandard - IEEE 802.16-2004 o Tx výkon - +23 dBm o Rx citlivosť -103 dBm

Anténa: CSAT - AS30-19

o Pracovné pásmo: 3.4 - 3.6GHz o Uhol vyžarovania: 12° o Zisk: 21 dBi

Koaxiálny kábel: RG 213 Konektory 1x N/F – 1x N/M, dĺžka 1,5m, útlm 1,33 dB

Spojka: 2xN/F -N/M 90°

Zdroj [9].

6.4.3 Simulácia návrhov v programe RADIOLAB

V prípade vypracovávania návrhu pre pripojenie detašovaného pracoviska

Tatranská Javorina som využíval program RADIOLAB nielen na samotné simulácie, ale

taktiež na analýzu oblasti. Modul terénneho profilu som použil na klasifikáciu priamej

viditeľnosti. Vytvoril som simuláciu spojenia Stará Lesná – Lomnický Štít (príloha č.3).

Následne som sa pokúsil o simuláciu predpokladaného priameho spojenia Lomnický Štít

– Tatranská Javorina (príloha č.4). Po zobrazení podmienok NLoS som hľadal

alternatívne riešenie pre daný spoj. V module POKRYTIE som vytvoril orientačný model

pokrytia danej oblasti s použitím vysielača so všesmerovou anténou. Pri analýze som


upravil parametre vykreslovaného modelu z hľadiska hraníc bunky. Výsledok mi

pomohol pri navrhovaní alternatívnej polohy prijímača.

6.5 Technicko ekonomické zhodnotenie návrhov

Detašované pracovisko Liptovský Mikuláš: Parametre možností systému AS-MAX

z hľadiska dosiahnuteľných prenosových rýchlostí sú uvedené v prílohovej čast (príloha

č.1). Ako už bolo spomenuté, systém reaguje na zhoršenie podmienok prenosu úpravou

modulácie. Toto má za následok v najhoršom prípade až niekoľkonásobné zníženie

prenosovej kapacity spoja (príloha č.1).. S týmto faktom je potrebné počítať v prípade

realizácie variantu b). Najvhodnejším riešením je variant a). Toto riešenie poskytuje

ideálne podmienky spojenia. Pri odhadovaní prenosovej kapacity je možné uvažovať

hodnoty uvedené v prílohe pre šírku kanála 3,5MHz, pretože celková prenosová kapacita

sa rozdelí medzi dve koncové stanice.

Ekonomické zhodnotenie: Ako príklad uvádzam orientačné ceny komponentov.

Nakoľko dodávateľ odmietol uviesť presnú cenu zariadení.

o Základňová stanica Micromax SOC – 160 000,- Sk

o 2 x Klientská stanica ProST – 28 000,- Sk

o Anténa OMNI – 10 - 3.5 – 16 000,- Sk

o Kábel RG213 1,5m – 500,- Sk

o Spotrebný materiál (káble konektory eternet) – 1000,- Sk

Celkovú cenu zariadení a komponentov potrebných na realizáciu variantu a)

odhadujem na 205 500,- Sk. Celková cena variantu b) bude znížená o cenu klientskej

stanice a antény, čo činí približne 30 000,- Sk. Z toho dôvodu by som doporučil pre

realizáciu variant a).

Detašované pracovisko Tatranská Javorina: Z hľadiska prenosových schopností aj

nákladov potrebných na realizáciu, je navrhované riešenie približne zhodné s predošlým

prípadom. Vzhľadom na náklady potrebné na prevádzku zariadení v licenčnom pásme by

som doporučil použiť pre realizáciu projektu zariadenia pracujúce v pásme 5,8 GHz,

nakoľko sa jedná o voľné pásmo.


7. Záver

Táto práca sa zaoberá návrhom využitia rádiokomunikačného systému AS-MAX

pri riešení dvoch konkrétnych prípadov. V úvodnej časti poukazuje na základné nároky

kladené na komunikáciu v zadanom frekvenčnom pásme zo strany Telekomunikačného

úradu Slovenskej republiky. V ďalšej časti sa venuje problematike rádiokomunikačných

systémov z pohľadu šírenia elektromagnetických vĺn. Popisuje nepriaznivé javy

vplývajúce na samotný prenos. Teoreticky približuje základné princípy šírenia a odrazu.

Vysvetluje vplyv šumu na kapacitu prenosového kanálu. Ďalej poukazuje na pojem

Fresnelovej zóny a jej význam pri samotnom prenose. Približuje súvislosť medzi ziskom,

smerovosťou a šírkou lúča u antén. Následne popisuje rozdiel medzi prenosom v horskej

oblasti a mestskej časti. V závere teoretickej časti sa práca venuje opisu štandardu 802.16.

Popisuje funkcie jednotlivých vrstiev a metódy, akými sú tieto funkcie zabezpečené.

V popise štandardu sú vymenované varianty fyzickej vrstvy a ich požiadavky na

prenosové médium. Sú tu spomenuté dve duplexné metódy, ktoré štandard podporuje a to

aj z pohľadu na štruktúru paketov. Následne je rozobratá otázka linkovej vrstvy

a kontroly prístupu k médiu. V závere je štandard opísaný z hľadiska QoS a využiteľnosti

v praxi. Teoretický rozbor vyúsťuje do návrhu pre riešenie zadania diplomovej práce.

V návrhu sú postupne opísané oba cieľe s ohľadom na geografickú polohu a možnosti

pripojenia. Pri riešení bol použitý program RADIOLAB ako zdroj informácií o teréne

a možnostiach LOS. Následne po analýze, boli popísané riešenia, s použitím systému AS-

MAX. V technicko-ekonomickom zhodnotení je uvedená približná cena systému v danej

konfigurácií a posúdenie prenosových možností systému.


8. Zoznam použitej literatúry

[1] http://www.teleoff.gov.sk

[2] DOBOŠ, Ľ. – DÚHA, J. – MARCHEVSKÝ, S. – WIESER, V.: Mobilné

rádiové siete, Žilinská univerzita, 7/2002

[3] http://www.kemt.fei.tuke.sk/predmety/KEMT524_MKS/_materialy/Studijne%

20materialy/

[4] http://www.wimax.cz/

[5] http://www.hw.cz/externi/1503/

[6] http://www.broadcastpapers.com/whitepapers/WiMAX_Broadband_Wireless_

Access.pdf

[7] http://www.wimaxforum.org

[8] http://www.sanet.sk

[9] http://www.mapy.sk

[10] http://www.airspan.cz

[11] http://www.lm.utc.sk


Čestné vyhlásenie

Vyhlasujem, že som zadanú diplomovú prácu vypracoval samostatne, pod

odborným vedením vedúceho diplomovej práce doc. Ing. Rudolfa Hronca PhD. a

používal som len literatúru uvedenú v práci.

Súhlasím so zapožičiavaním diplomovej práce.

V Žiline dňa .............................. podpis diplomanta


Poďakovanie

Na tomto mieste sa chcem poďakovať vedúcemu diplomovej práce doc. Ing. Rudolfovi

Hroncovi PhD. za cenné rady a pomoc pri vypracovávaní diplomovej práce a tiež mojím

rodičom za podporu pri štúdiu.


Žilinská univerzita v Žiline

Elektrotechnická fakulta Katedra telekomunikácií

Návrh WiMAX siete pre pokrytie detašovaných pracovísk ŽU

(prílohová časť)

Viktor JANATA

2006


Zoznam príloh Príloha č.1: Efektívnosť využitia spektra a priepustnosť kanála u systému AS-MAX

Príloha č.2: Simulácia (terénny profil) Detašované pracovisko Liptovský Mikuláš

Príloha č.3: Simulácia (terénny profil) Stará Lesná - Lomnický Štít

Príloha č.4: Simulácia (terénny profil) Lomnický Štít – Tatranská Javorina

Príloha č.5: Simulácia (pokrytie) Vysielač – Lomnický Štít

Príloha č.6: Simulácia (terénny profil) Lomnický Štít – Tatranská Javorina 2


Príloha č.1: Efektívnosť využitia spektra a priepustnosť kanála u systému AS-MAX


Príloha č.2: Simulácia (terénny profil) Detašované pracovisko Liptovský Mikuláš

Príloha č.3: Simulácia (terénny profil) Stará Lesná - Lomnícký Štít


Príloha č.4: Simulácia (terénny profil) Lomnický Štít – Tatranská Javorina

Príloha č.5: Simulácia (pokrytie) Vysielač – Lomnický Štít

o Poloha vysielača – Lomnický štít označená modrým krížom o Oblasť príjmu – zvýraznená bielou kružnicou


Príloha č.6: Simulácia (terénny profil) Lomnický Štít – Tatranská Javorina 2

Documents

VIKTOR JANATA ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE ...diplom.utc.sk/wan/657.pdf · Žilinská univerzita v Žiline – Katedra telekomunikácií Diplomová práca Abstrakt V tejto diplomovej