Проектирование беспроводных систем

7.2 Выбор оборудования базовых  станций

Рассмотрим варианты разработки базовых  станций WiMAX на основе известных чипов. Компания Fujitsu разработала чип MB87M3400 как для базовых, так и для абонентских станций. Однако, в отличие от решения Intel, чип Fujitsu имеет интерфейс для внешнего процессора. Для реализации полнодуплексного режима требуется использовать два чипа, один из которых выполняет функции физического уровня и нижнего уровня MAC-протокола, а второй представляет собой внешний процессор (сторонней фирмы) для реализации верхнего уровня MAC-протокола. Для разработки базовых станций компания Fujitsu предоставляет отладочный комплект, реализующий полнодуплексный режим работы, с процессором Freescale MPC8560, но не поставляет программное обеспечение, обеспечивающее функции верхнего уровня MAC-протокола.

Компания PicoChip предлагает решение PC102/PC8520, построенное на двух своих параллельных процессорах PC102. Компания предоставляет программное обеспечение, реализующее физический уровень и функции нижнего уровня MAC-протокола на чипах PC102. Так же как и Fujitsu, компания PicoChip использует процессор Freescale MPC8565 для реализации верхнего уровня MAC-протокола в своем отладочном комплекте. Однако в отличие от Fujitsu, PicoChip лицензировала свое программное обеспечение для верхнего уровня MAC-протокола. Так как в решение PC102/PC8520 не заложены функции шифрования-дешифрования, для их выполнения должен быть использован внешний процессор.

Чип для разработки базовых станций SQN2010 компании Sequans является первой «системой на кристалле», имеющей полнодуплексный режим. SQN2010 реализует все функции физического и MAC уровней, необходимые для полнодуплексной работы базовой станции. Чип SQN2010 отличается от SQN1010 наличием второго центрального процессора, реализующего верхний уровень MAC-протокола. На чипе SQN1010 предусмотрен интерфейс PCI для обеспечения возможности подключения внешнего процессора.

Решение DM256/MC336 компании Wavesat может быть использовано и для разработки базовых станций. Это решение поддерживает полнодуплексный режим работы, но следует отметить, что для реализации функций шифрования-дешифрования оно требует подключения внешнего процессора. Так же как и Fujitsu, Wavesat не предоставляет программное обеспечение для верхнего уровня MAC-протокола, необходимое для разработки базовых станций.

Из четырех описанных решений  только чипы PicoChip PC102 не интегрируют в себе функций АЦП/ЦАП. Поэтому для разработок, в которых используется аналоговый радиоинтерфейс, дополнительно потребуются устройства АЦП/ЦАП. Основные параметры рассмотренных решений для разработки базовых станций представлены в табл. 7.2 [6].

Таблица 7.2 Основные параметры рассмотренных  решений для разработки базовых  станций WiMAX

Выбор производителя чипов для  разработки систем WiMAX является важным стратегическим решением. Для быстрой  и эффективной разработки системы  требуется максимально полная программная  и аппаратная поддержка и средства для разработки и отладки. Наличие  отладочных комплектов позволяет значительно  увеличить скорость и уменьшить  стоимость разработки оборудования WiMAX, что является одним из главных  критериев при выборе того или  иного продукта.

Развертывание систем WiMAX:

Построение сети фиксированного беспроводного  доступа предполагает использование  трех типов оборудования — базовых  станций, абонентских станций и  оборудования для организации связи  между базовыми станциями.

Для того чтобы два и более  радиосигнала не мешали работе друг друга, необходимо, чтобы они совпадали (пересекались) по частоте (частотному спектру), времени и в пространстве. Тем самым, каждая система для  своего нормального функционирования должна иметь частотно-территориальный  разнос (ЧТР) с мешающим сигналом (интерференцией). Кроме того, поскольку мы имеем  дело с цифровыми системами, радиосигналы в которых имеют форму импульса, то условие совпадения по времени  означает совпадение или наложение  по времени импульсов сигналов, приходящих в систему. Тем самым, временной  разнос импульсов радиосигналов  может быть обеспечен временной  синхронизацией работы системы с  источниками интерференции.

Сети стандарта IEEE 802.16 WiMAX являются на сегодняшний день наиболее высокотехнологичной  системой BWA в области беспроводных телекоммуникаций и предъявляют  повышенные требования к параметрам и качеству своего антенно-фидерного  тракта. Антенны и СВЧ тракт  в целом является самой капризной  частью любой системы беспроводного доступа, в случае же сетей WiMAX, неправильная интеграция активного оборудования и СВЧ может свести к нулю все преимущества данной технологии. В базовых станциях сетей WiMAX могут использоваться всенаправленные и секторные антенны с углом сектора на 60, 90 и 120 градусов.

7.3 Установка базовых станций

Зона  покрытия базовой станции (БС) зависит  от мощности передачи БС и абонентского устройства, от типа этих устройств, а  также условий работы (рельеф и  тип застройки). Существенно влияют на дальность работы и условия  видимости. При прямой видимости  теоретическое ограничение дальности  составляет 54 км. На территории города не всегда удается добиться прямой видимости между БС и АС;

В ходе анализа географического положения  и инфраструктуры города Южно-Сахалинск  выделены следующие особенности:

• крайние высотные отметки – 250 м. над уровнем моря;
• высокая плотность многоэтажной застройки в Ю-З, С-З и центральном районах города;
• доля лесных массивов  52.5% территории города.

Учитывая  географические особенности расположения города Южно-Сахалинск, а также его  инфраструктуру, сделаны следующие  выводы:

• расположение БС над уровнем земли - не менее 35 метров;
• удаленность АС от БС при использовании направленной антенны - не более 3000 м;
• диаметр зоны обслуживания БС не более 6000 м;
• использование секторально-направленных антенных комплексов (с целью уменьшения мощности передатчика и снижение интерференции сигналов);
• привязка БС к существующей магистральной сети оператора связи (с целью уменьшения затрат на дополнительную прокладку кабеля и покупку нового оборудования).

Схема расположения БС в городе Южно-Сахалинске представлена на листе 4, графического материала.

8. Безопасность жизнедеятельности при развертывании сети

8.1 Особенности географического положения г. Южно-Сахалинск Сахалинской области.

Южно-Сахалинск - город дальнем  востоке России. Население 197000 тысяч человек. Расстояние до Москвы 9400 км. Расположен в Юго-восточной части острова Сахалин на реке Сусуя, в 25 км. От охотского моря. Климат умеренный. Среднегодовая температура +2,8 °С. Самое холодное время года – Январь, температура достигает до – 30, самое теплое – август, температура достигает до + 30.

Поверхность территорий г. Южно-Сахалинска в основном равнинная, с небольшими холмам, достигающими высоты 250 м над уровнем моря. Есть и отдельные горы Высотой до 400 м. Самая низкая часть территории находится близ реки Сусуи, здесь она опускается до уровня 107 м. Южно – Сахалинский, как и весь остров характеризуется высокой лесистостью (52,5%), что выше среднего показателя по дальнему востоку более чем на 4 процента. Все реки на территории района относятся к категории малых.

8.2 Воздействие радиочастотного  поля на организм человека

Распространение широкополосного  Интернета обеспечивает развитая сеть базовых станций с фиксированными антеннами, передающими информацию коммутационным центрам с помощью  радиочастотных сигналов. С целью  обеспечения повышения скорости мобильного интернета операторы  увеличивают количество базовых  станций и осуществляют их постоянное переоснащение в соответствии с  самыми новыми технологическими разработками отрасли. Факт наличия значительного  количества радиотехнических объектов время от времени вызывает беспокойство по поводу возможного влияния радиосигналов  на здоровье пользователей.

В результате проведенных исследований Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) официально признала, что ни одна из проведенных в последнее время экспертиз не подтвердила, что радиочастотное поле, создаваемое мобильными телефонами или базовыми станциями, негативно влияет на здоровье человека.

Важно также указать, что установленные  в России максимально допустимые уровни излучения значительно ниже допустимого уровня влияния радиочастотных сигналов радио- и телевизионных  передатчиков, некоторых других бытовых  приборов (например, микроволновых  печей).

Месторасположение базовой станции  определяется с учетом необходимости  обеспечения покрытия и качества связи и обусловливается наличием помещений или открытых мест, отвечающих техническим требованиям для  монтирования соответствующего оборудования. Базовые станции позволяется  устанавливать на сооружениях общественного  пользования и жилых домах, если суммарная мощность излучения не превышает предельно допустимых уровней, установленных санитарными  нормами.

Санитарные нормы уровней излучения  приведены в документе «Санитарные  нормы и правила защиты населения  от действия электромагнитных излучений», утвержденном приказом Министерства транспорта и связи России (от 01.08.96 г. №29) и  зарегистрированном в Минюсте России (29.08.96 г. №488/151). В соответствии с  этими нормами плотность потока электромагнитной энергии не должна превышать в месте пребывания человека 2,5 мкВт/см2. Нормативная база России в сфере гигиены электромагнитного облучения является одной из самых жестоких в мире. Для сравнения приводим предельно допустимые уровни электромагнитного излучения в мкВт/см2: Россия — 10; Скандинавия — 100; Венгрия — 12. Результаты исследований влияния мобильной связи

На сегодня достоверно подтвержден  только непрямой вред излучения радиосвязи в населенных пунктах. Так, немецкие ученые протестировали работу 231 модели кардиостимуляторов при влиянии  на них микроволнового излучения радиоволн. В соответствии с результатами их исследования, более 30% кардиологических аппаратов подвержены влиянию радиоволн.

Микроволновый диапазон электромагнитного  поля, в котором работает современная  радиосвязь, находится в пределах 450 МГц—2 ГГц. Такие поля, в отличие  от ионизирующего излучения (гамма-, рентгеновские лучи, коротковолновый ультрафиолет), независимо от их мощности, не могут вызывать ионизацию или вторичную радиоактивность в организме.

Доказано, что волны диапазона  с частотой выше 1 МГц приводят к  нагреванию тканей (вследствие поглощения ими энергии электромагнитного  поля). Поля высокой интенсивности  способны локально повышать температуру  тканей на 10° и больше. Даже менее  важное изменение температуры живых  тканей может приводить к таким  последствиям, как нарушение развития плода, снижение мужской фертильности, изменение гормонального фона.

Можно выделить четыре системы организма, более всего поддающиеся вредному влиянию электромагнитного излучения:

1) Центральная нервная система. Она наиболее чувствительна к электромагнитным полям. Наблюдается ухудшение памяти, внимания, нарушение сна, возможно возникновение нейроциркуляторной дистонии.

2) Иммунитет. Происходит угнетение иммуногенеза, что приводит к ухудшению устойчивости организма к различным инфекциям.

3) Эндокринная система. Увеличивается содержание адреналина в крови (нет потребности рассказывать о вреде повышенного давления и хронического пребывания организма в состоянии стресса).

4) Половая система. Именно молодые люди репродуктивного возраста особенно часто пользуются источниками электромагнитных волн. Наблюдается угнетение сперматогенеза, повышение количества врожденных недостатков развития и увечий. Яичники более чувствительны к влиянию электромагнитного излучения.

Из изложенного очевидно, что  при равномерном расположении базовых  станций в зоне покрытия широкоплосным мобильным интернетом с соблюдением санитарных норм наибольшую опасность для здоровья абонента несет непосредственно его мобильный телефон и телефоны людей, его окружающих. Причем от работающего рядом мобильника можно получить значительно выше уровень облучения, чем от собственного телефона. Это связано с тем, что при разговоре антенна мобильника ориентирована таким образом, чтобы ее основный поток излучения направлялся в сторону от головы того, кто разговаривает. К сожалению, такое облучение мы очень часто можем получить в общественном транспорте.