Jak fungují sítě FWA na 26 GHz?

Včera jsem zde na Lupě psal o tom, jak v současnosti vrcholí výběrové řízení na tři celostátní licence sítí FWA (Fixed Wireless Access) v pásmu 26 GHz. Dnes je čas na to, abychom se zastavili u techničtějších aspektů těchto sítí.

Jaký problém řeší?

Začnu tím, co jsem nakousnul již včera - k jakému účelu tyto sítě slouží, resp. jaký problém či nedostatek řeší. Odpověď je následující: řeší klasický problém "poslední míle", neboli toho jak zřídit vhodné a dostatečně kvalitní a dimenzované spojení mezi sítí poskytovatele služeb a jeho zákazníkem. Tradiční řešení je "drátové" a využívá tzv. (drátové) místní smyčky (wireline local loop), neboli metalické vedení mezi telefonními ústřednami a místem kde se nachází zákazník. Ačkoli tyto místní smyčky byly původně budovány pro potřeby hlasové telefonie, dnešní technologie z nich dokáží doslova "vymačkat" maximum. Jde zejména o technologie xDSL, které mohou na takovýchto "drátech" dosahovat až megabitových přenosových rychlostí. Technicky pak není problém dosáhnout toho, aby více telekomunikačních operátorů sdílelo přenosovou kapacitu, která tímto způsobem vznikne na "drátech" patřících jednomu z nich - je to spíše velký problém ne-technický (jak přinutit jednoho operátora, aby vyšel vstříc své konkurenci). Ve světě se dnes výrazně prosazuje povinný "unbundling" místních smyček (to aby vlastník "drátů" musel umožnit jejich využití i dalším operátorům, za rozumných podmínek). V zásadě tedy jde o princip "raději sdílet stávající kapacity než budovat nové". Ne všude je tomu ale stejně, například náš nový telekomunikační zákon na to jde spíše obráceně, když říká že kapacity mají být sdíleny až tehdy, pokud není možné (nebo ekonomicky či jinak únosné) budovat kapacity nové.

Cesta sdílení místních smyček je tedy poněkud problematická, zvláště pak u nás, a pokládka zcela nových rozvodů je velmi nákladná a pomalá (a často i zbytečná, když existuje možnost sdílení existujících kapacit). Další "drátovou" alternativou je využití rozvodů kabelové televize, které ale také nejsou všude. Navíc je třeba si uvědomit, že ani "drátové" řešení nemusí vždy stačit kapacitně - i když se například použijí technologie jako xDSL na klasické místní smyčky, jejich "výkon" je stále závislý na kvalitě metalických vedení a na jejich délce.

Jaké jsou sítě FWA?

Bezdrátové sítě FWA (Fixed Wireless Access) jsou řešením pro překonání poslední míle, tam kde to není možné, výhodné nebo účelné řešit "drátovým" způsobem (nebo to není možné realizovat dostatečně rychle, což také je velmi důležitý aspekt). Zdůrazněme si ale slovíčko "Fixed" v jejich názvu - cílem zde není podporovat mobilitu koncového účastníka. O něm se naopak předpokládá, že se pohybovat nebude. To je zásadní odlišnost sítí FWA například od sítí GSM.

Dalším podstatnou odlišností sítí FWA od GSM a dalších bezdrátových řešení (například i od budoucích sítí UMTS) je skutečnost, že "FWA" není konkrétní technologií, alespoň ne v tom smyslu že by měla své vlastní specifikace a standardy které musí všichni výrobci dodržovat, aby si jejich produkty vzájemně rozuměly. FWA je spíše typem (druhem) sítě, a nikoli konkrétní technologií která tento typ sítě realizuje. To v praxi znamená, že sítě FWA mohou být realizovány pomocí produktů různých firem, které ani nemusí být mezi sebou funkčně kompatibilní. Dokonce se mohou i výrazněji lišit svou efektivností a dalšími vlastnostmi. Důvod je zřejmý: u sítí GSM je vzájemná kompatibilita různých implementací nutná kvůli mobilitě uživatelů, ale v sítích FWA nikoli, protože zde se terminály nepohybují a tudíž se ani nemění jejich "protějšky", se kterými komunikují. Proto ani tendr na sítě FWA nepředepisuje konkrétní technologie, prostřednictvím kterých by tyto sítě měly být realizovány. Operátoři, kteří licence získají, si budou moci sami zvolit, z čeho své sítě postaví.

Broadband, nebo narrowband?

Sítě FWA se vyskytují ve dvou základních verzích, které se liší umístěním a šířkou frekvenčních písem, která využívají ke svému fungování, a pak také přenosovými kapacitami resp. rychlostmi, které nabízí. První varianta pracuje s užšími frekvenčními pásmy v oblasti jednotek GHz (1.8, 2,4 nebo 3,5 GHz) a nabízí přenosové rychlosti jednotek až stovek kilobitů za sekundu. Primárně jsou tyto sítě budovány pro potřeby přenosu hlasu a jejich relativní předností je delší dosah (oproti druhé variantě). Jsou označovány jako tzv. úzkopásmové (narrowband), někdy také jako řešení typu WLL (Wireless Local Loop, doslova: bezdrátová místní smyčka). Podle dostupných informací již byly u nás uděleny 4 celostátní licence v pásmu 3,5 GHz. Získali je GTS, Aliatel a dva další operátoři, kteří své služby ještě neposkytují, TERMS a In2Loop. Lokální licence pak mají ještě firmy InWAy a TESMedia.

Druhá varianta sítí FWA používá širší frekvenční pásma na vyšších frekvencích, v řádu desítek GHz (10.5, 26, 28 nebo 40 GHz). Díky použití širších frekvenčních pásem pak také mohou tyto sítě nabízet větší přenosové kapacity, až 30 Mbps na jednoho účastníka, a proto jsou také označovány jako "širokopásmové" (broadband). Bezpodmínečně ale vyžadují přímou viditelnost a jejich obvyklý dosah je 3 až 5 kilometrů od základnové stanice (na větší vzdálenosti sice také dosáhnou, ale již s menší spolehlivostí, resp. odolností vůči atmosferickým vlivům). Primárně jsou tyto sítě budovány pro potřeby datových přenosů. Současný tendr na 3 celostátní licence v pásmu 26 GHz se týká právě těchto širokopásmových FWA sítí, a nikoli sítí úzkopásmových.

FWA na celulárním principu

Ani v pásmu 26 GHZ samozřejmě není frekvencí nazbyt (to snad není nikde), a tak jedním z nejdůležitějších a současně i nejtěžších úkolů širokopásmových sítí FWA je vystačit s tím "přídělem", který operátor dostane v rámci přidělené licence (což bude konkrétně 2x 56 MHz na každého). Dalším důležitým úkolem je vybudovat síť FWA skutečně jako síť, konkrétně jako tzv.přístupovou síť (access network), řešící přístup zákazníka k jeho poskytovateli služeb - a nikoli jako soustavu ad-hoc budovaných dvoubodových spojů, které se vždy budují pro každého jednotlivého zákazníka samostatně. Podstatou sítí FWA je vybudovat určitou infrastrukturu vytvářející pokud možno souvislé pokrytí, tak aby se tato infrastruktura při "přidávání" nových zákazníků nemusela měnit, a zákazník si pouze umístil na svou stranu vhodný terminál a mohl začít komunikovat. Je to stejný přístup jako u mobilních sítí GSM, samozřejmě až na zde chybějící požadavek mobility.

Základní infrastruktura sítě FWA je podobně jako u mobilní sítě tvořena soustavou základnových stanic (base stations), které kolem sebe vytváří tzv. buňky (cells), přičemž terminály jednotlivých uživatelů komunikují vždy právě s jednou základnovou stanicí ve svém dosahu. Jde tedy, stejně jako u mobilních sítí GSM, o síť budovanou na cellulárním (buňkovém) principu. Díky tomuto cellulárnímu principu je pak u obou sítí možné opakované využití stejných frekvenčních pásem. Současně to znamená, že nutně jde o sítě typu P-MP (Point-to-Multipoint), protože jedna základnová stanice obecně komunikuje s více koncovými stanicemi (terminály).

Sítě FWA ovšem hospodaří s přidělenými frekvencemi poněkud jinak než mobilní celulární sítě. Nešíří je všesměrově, ale směrují je pouze do určité výseče, označované jako sektor, o velikosti 90 či 30 (někdy též 12,5) stupně. V rámci jednoho sektoru je vždy používáno jedno frekvenční pásmo (různé šířky, od 1,75 do 28 MHz), a bezprostředně sousední sektory téže buňky i sektory sousedních buněk pak musí používat jiná frekvenční pásma (nebo alespoň jinou polarizaci v rámci téhož frekvenčního pásma). Pro budoucí operátory FWA sítí v pásmu 26 GHz proto bude doslova životně důležité, jak si rozvrhnou použití přidělených frekvencí, kolik zvolí základnových stanic, kam je umístí a kolika sektory je vybaví. V rámci každého sektoru, který má pevně přiděleno určité frekvenční pásmo, je totiž jeho využití sdílené - takže když v tomto sektoru bude existovat jeden zákazník, bude mít pro sebe celou kapacitu odpovídající šířce použitého přenosového pásma. Pokud tam budou zákazníci dva, budou se již o stejnou kapacitu dělit atd. Jak uslyšíme dále, sítě FWA fungují tak, že z této společně dostupné kapacity dokáží "vykrojit" a přidělit konkrétním zákazníkům určitý kus jako vyhrazenou kapacitu - ale samozřejmě mohou vždy "vykrajovat" jen do celkové velikosti dostupné kapacity. Proto budou počáteční rozvahy o rozdělení frekvencí nesmírně důležité pro budoucí úspěch operátora, protože on musí již nyní anticipovat požadavky svých budoucích zákazníků!!

FWA běhají nad ATM

Jak jsme si již naznačili, sítě FWA obsahují soustavu základnových stanic, které nutně musí být mezi sebou propojeny vhodnou páteřní sítí. Ta je obvykle realizována na technologii ATM, což má jeden základní důvod: musí jít o takovou technologii, která by dokázala vyjít vstříc potřebám různých přenosů, od přenosu hlasu a různých multimediálních přenosů, které požadují garantovanou přenosovou kapacitu a další parametry zahrnované pod pojem QoS (Quality of Service), až po přenosy datové, které zase sází spíše na efektivnost. Díky tomu pak celá širokopásmová síť FWA dokáže svým uživatelům nabízet celou škálu služeb, které začínají realizací (spíše ale emulací) pevných okruhů E1 (2,048 Mbps) či tzv. fractional E1 (násobky 64 kbps), s vyhrazenou a garantovanou přenosovou kapacitou atd., pokračují přes emulaci ISDN kanálů a končí u IP konektivity a širokopásmového přístupu k Internetu (rychlostí až 30 Mbps).

V praxi samozřejmě záleží na tom, jakou konkrétní technologii (od jakého výrobce) ten který operátor zvolí, takže mezi jejich nabídkami určitě budou podstatnější rozdíly než jaké jsou například mezi nabídkami operátorů GSM sítí. V každém případě se máme na co těšit - i když služby širokopásmových sítí FWA budou adresovány spíše firemním subjektům s vyššími kapacitními požadavky, než jednotlivým koncovým uživatelům.