Systemy xMDS (x Multipoint Distribution Services) na dobre zagościły w sieciach dostępowych operatorów. Pozwalają na alternatywną, bezprzewodową transmisję danych, głosu i obrazu w celu dostarczenia szerokopasmowych usług. Doskonale sprawdzają się w przypadku słabej lub nieistniejącej infrastruktury przewodowej. Technologia xMDS opiera się głównie na popularności systemu LMDS (Local MDS) oraz mniej znanego MMDS (Multichannel MDS).

Obie technologie reprezentują statyczne systemy bezprzewodowe i są bardzo podobne technicznie. Statyczność odnosi się do faktu, że węzły wymieniające sygnały w każdym przypadku są stacjonarne, inaczej niż w mobilnych bezprzewodowych technologiach.

Kluczowe zastosowania LMDS to dostarczenie mostów o wysokiej przepustowości do infrastruktury światłowodowej w sieciach miejskich. LMDS jest doskonałą technologią szerokopasmowych usług dla średniego lub dużego przemysłu, sieci kampusowych, linii dostępowych. MMDS został stworzony do celów dystrybucji sygnału telewizyjnego, a wykorzystywany jest obecnie głównie do dostarczania szerokopasmowych usług dla domów, biur i małego biznesu, gdzie usługi DSL lub sieć kablowa nie są dostępne.

Technologia LMDS

LMDS jest systemem szerokopasmowego, bezprzewodowego dostępu punkt-wielopunkt, pracującym w paśmie częstotliwości 26 - 29 GHz (zależenie od licencji w danym kraju). Zasięg systemu ogranicza się do komórek o wielkości kilku kilometrów. System może zostać użyty do dwukierunkowej cyfrowej transmisji głosu, danych, Internetu i usług wideo. Kolejne składniki nazwy LMDS można tłumaczyć następująco:

• L (local) - odnosi się do pokrycia zasięgiem lokalnej komórki;
• M (multipoint) - oznacza rozgłoszeniową możliwość transmisji do użytkownika;
• D (distribution) - odnosi się do dystrybucji sygnałów, które mogą zawierać jednocześnie głos, dane, obraz;
• S (services) - określa relację pomiędzy operatorem a użytkownikiem.

Architektura systemu LMDS umożliwia różnorodność konfiguracji. Główne zastosowania systemu to bezprzewodowy dostęp punkt-wielopunkt, punkt-punkt oraz dystrybucja telewizji. Architektura LMDS składa się przeważnie z czterech elementów: centrum operacyjnego (NOC), infrastruktury światłowodowej, stacji bazowej i urządzeń klienckich CPE. Oczekuje się, że usługi LMDS w przyszłości będą kombinacją głosu, obrazu i danych.

Bezprzewodowe systemy buduje się, wykorzystując trzy główne metody dostępu: TDMA, FDMA, CDMA. Aktualnie większość systemów LMDS pracuje przy użyciu TDMA i FDMA - dotyczy to transmisji od klienta w kierunku stacji bazowej. W kierunku do klienta większość producentów obsługuje strumienie TDM.

Metody modulacji dla szerokopasmowego bezprzewodowego LMDS są rozdzielone pomiędzy modulację fazową (PSK) oraz amplitudową (AM). Opcje modulacji zarówno dla metody dostępu TDMA, jak i FDMA, są prawie identyczne. Metody modulacji w przypadku FDMA i TDMA to: BPSK, QPSK, 8PSK, 4-QAM, 16-QAM, 64-QAM.

Zaletą systemów LMDS jest wysoka przepustowość dochodząca do 155 Mb/s, wadą natomiast stosunkowo niewielkie zasięgi. Metodą transportu w przypadku LMDS jest protokół ATM oraz IP. Dużą wadą jest konieczność zapewnienia bezpośredniej linii widoczności oraz wrażliwość na warunki atmosferyczne. Stosowane topologie sieciowe to punkt-punkt lub punkt-wielopunkt. Pojemność systemu LMDS można określić przez przepustowość systemu oraz maksymalną liczbę klientów. Parametr ten jest różny dla metod dostępu TDMA i FDMA.

LMDS jest idealnym systemem szerokopasmowym, umożliwiającym dostarczenie wydajnej, bezprzewodowej sieci szkieletowej oraz dostępowej. W bezpieczny i stabilny sposób pozwala na zapewnienie połączenia klienta do infrastruktury przewodowej i światłowodowej.

Technologia MMDS

MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Service), znany także jako "bezprzewodowy kabel" (wireless cable), jest bezprzewodową technologią telekomunikacyjną, używaną jako łącze szerokopasmowe lub alternatywna metoda odbioru telewizji kablowej. Usługa MMDS była początkowo stworzona do jednokierunkowej transmisji obrazu w celu zapewnienia alternatywy dla telewizji kablowej. Po wielu niepowodzeniach wdrożenia usług wideo, MMDS przeznaczono do usług dwukierunkowych. W tym wcieleniu stał się efektywną kosztowo, bezprzewodową alternatywą dla cyfrowych linii abonenckich (DSL) i usług modemów kablowych. MMDS stosowany jest także w celu dostarczenia szerokopasmowego dostępu bezprzewodowego (BWA) na ostatniej mili.

Skrót MMDS można rozszyfrować następująco: M (multichannel) to wiele strumieni danych sygnału MMDS, a pozostałe trzy litery - analogicznie jak w LMDS.

MMDS używa częstotliwości mikrofalowych w zakresie od 2 do 3 GHz. Odbiór telewizyjnego sygnału jest dokonywany przez specjalną mikrofalową antenę oraz przystawkę set-top-box do telewizora odbierającego sygnał. Ideą MMDS było połączenie wielu sygnałów radiowych i telewizyjnych w jeden kanał częstotliwościowy, przy użyciu technologii cyfrowej. Każdy kanał posiada przepustowość 10 Mb/s oraz korekcję błędów, wymaganą w tego typu technologiach.

Niestety przydział pasma dla tej technologii ogranicza przepustowość systemu. Metody dostępu wykorzystywane w MMDS to typowo TDMA, FDMA, OFDM, CDMA lub DOCSIS+.

Ponieważ MMDS pracuje w niskim zakresie częstotliwości, nie jest podatny na zakłócenia spowodowane mocnym deszczem i śniegiem, które w przypadku systemu LDMS sprawiają kłopoty. Największym problemem MMDS jest najczęściej konieczność zapewnienia bezpośredniej linii widoczności pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem. Ponieważ tereny zadrzewione, budynki czy góry mogą interferować z transmisją, wymagane jest umiejscowienie większej liczby nadajników i anten. Wielościeżkowe zniekształcenia, które są wynikiem odbić sygnału od budynków lub innej infrastruktury, także mogą powodować problem. W porównaniu z metodą bezprzewodowego dostępu na wyższych częstotliwościach MMDS jest jednak mniej podatny na warunki pogodowe i może zapewnić dostępność usługi w promieniu 50 km od stacji bazowej przy zapewnieniu linii widoczności - LOS (line-of-sight). Przepustowość dla klienta zawiera się w przedziale od 128 kb/s do 10 Mb/s. Od kiedy dwukierunkowy MMDS jest często konfigurowany jako sieć punkt-wielopunkt, szerokopasmowa przepustowość dostarczana do pojedynczego użytkownika zależy od takich parametrów jak sieciowa pojemność i liczba użytkowników online w danym czasie.

Zwolennicy MMDS twierdzą, że problemy rozwiązuje zwiększenie liczby nadajników w architekturze komórkowej oraz użycie rozwiązań zaawansowanej modulacji, takiej jak technologia OFDM. Zalety techniki MMDS są jednoznaczne - elastyczność rozbudowy sieci i zasięgu, łatwość instalacji, niska częstotliwość często oznacza tańszy sprzęt.

Wdrożenia MMDS odzwierciedlają przekrój technologii dostępnych od kilku lat. Wielu dostawców sprzętu wybrało na bazę bezprzewodowego MMDS kablowy standard przemysłowy DOCSIS. Systemy oparte na DOCSIS ewaluowały, włączając w to unowocześnienia warstwy fizycznej - takie jak różne modulacje, urozmaicenie i udoskonalenie korekcji błędów. Jeżeli powstanie następna generacja bezprzewodowych systemów szerokopasmowych MMDS, z pewnością będzie zawierać elementy technologii mobilnej 3G oraz unikalne cechy statycznych systemów bezprzewodowych.

Rozwój szerokopasmowych systemów dostępowych xMDS

Skrót BWA (Broadband Wireless Access) oznacza bezprzewodowe, szerokopasmowe systemy dostępowe. Z pewnością można do nich zaliczyć systemy xMDS. Podstawymi parametrami charakteryzującymi systemy BWA to: pojemność, zasięg/pokrycie i koszt. Te trzy nieodłączne elementy są ściśle powiązane z warstwą fizyczną. Pojemność systemu jest funkcją efektywności widmowej, schematu modulacji oraz współczynnika wykorzystania częstotliwości. Konwencjonalna definicja efektywności widmowej jest po prostu określana liczbą bitów na sekundę na Hz (b/s/Hz) zajmowanej przepustowości. Pojemność może zostać udoskonalona przez zmianę sposobu modulacji (przykładowo 16-QAM na 64-QAM), ale będzie to skutkowało redukcją zasięgu oraz "zużyciem" częstotliwości. Zasięg może zostać zwiększony kosztem przepustowości. Pojemność i zasięg mogą być zwiększane jednocześnie, ale wzrosną koszty. Najbardziej udanym sprzętem BWA będą systemy, które uzyskają równowagę pomiędzy pojemnością, zasięgiem i kosztem.

Istnieje kilka technologii rozwijanych dla przyszłych generacji bezprzewodowych systemów xMDS. Część z technologii już jest w użyciu, natomiast część nadal jest rozwijana w laboratoriach. Należą do nich:

Adaptacyjna modulacja i kodowanie (AMC - Adaptive Modulation and Coding) - umożliwia dobór odpowiedniej modulacji oraz kodowania w zależności od warunków środowiska pracy. System powinien pozwolić na zmianę parametrów dla każdego pakietu. Modulacja adaptacyjna to schemat transmisji w komunikacji cyfrowej, w którym nadajnik dobiera tryb transmisji wraz ze zmianą kanału. Systemy z adaptacyjną modulacją wymagają pewnych informacji o kanale. Zależnie od kondycji kanału, nadajnik modyfikuje różne parametry, m.in. kodowanie oraz moc.

Dynamiczny przydział kanałów (DMC - Dynamic Channel Allocation) - pozwala na natychmiastowe przełączanie kanałów w celu zwiększenia dostępności systemu.

Automatyczne powtarzanie zapytań (ARQ - Automatic Repeat Request) - odpowiada za retransmitowanie błędnie odebranych pakietów w późniejszym czasie. W przypadku strumieni danych nietransmitowanych w czasie rzeczywistym ARQ może zdecydowanie zwiększyć prędkość transmisji.

ARQ jest metodą kontroli błędów dla transmisji danych, w której odbiornik wykrywa błędy w transmisji i automatycznie prosi o powtórzenie błędnych danych. Gdy nadajnik odbiera ARQ, transmisja wiadomości jest powtarzana aż do poprawnego przesłania danych lub przekroczenia zdefiniowanej liczby retransmisji.

Zaawansowana korekta błędów (FEC - Forward Error Correction) - to krytyczny element systemów BWA. Wszystkie aktualnie wdrażane systemy używają pewnej formy FEC. Aby zwiększyć efektywność, FEC powinien zostać przeniesiony do warstwy AMC.

Nowa modulacja (OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing) - jest technologią wdrażaną na szeroką skalę w wielu bezprzewodowych systemach. W przypadku tej technologii każdy kanał częstotliwościowy pozwala na przenoszenie odseparowanego strumienia danych. Dużą zaletą OFDM jest znacznie większa efektywność transmisji w prostych schematach modulacji niż w przypadku pojedynczego strumienia danych. OFDM dzieli dostępne pasmo częstotliwości na kilka podzakresów, a następnie wysyła strumienie danych przez każdy zakres, używając określonego standardu modulacji. Standardowe techniki, takie jak kodowanie, moc, modulacja adaptacyjna, mogą zostać włączone w każdym podzakresie.

Przestrzenna architektura - pozwala na wykorzystanie wielu anten w celu zwiększenia pojemności i wydajności. Z przestrzenną architekturą nieodłącznie wiąże się technologia SDMA (Spatial Division Multiple Access), która używa technologii adaptacyjnej formowania wiązki do separacji klienckich kanałów w kierunkach zarówno od, jak i do klienta. SDMA wykorzystuje technologię inteligentnych anten oraz informację o lokalizacji przestrzennej mobilnego klienta. Na tej podstawie stacja bazowa dostosowuje transmisję do każdego klienta.

Efektywność widmowa - oznacza wydajność metody kodowania analogowego sygnału. Ilość bitów na sekundę, które mogą zostać przesłane na Hz, definiuje efektywność widmową. Przykład - kodowanie pozwalające przesłać przepustowość tysiąca bitów na sekundę w pojedynczym kHz oznacza efektywność widmową 1 b/s/Hz.

Większość z wymienionych elementów jest wdrażana w nowych systemach bezprzewodowych. Od stopnia zaawansowania i szybkości wprowadzania powyższych parametrów do systemów xMDS z pewnością będzie zależał rozwój tych technologii. Zaniedbania na tym polu mogą doprowadzić do wstrzymania kolejnych wdrożeń, aż do schyłku omawianych technologii.

Analiza rynku

Na rynku jest dostępnych wiele statycznych bezprzewodowych systemów dostępowych, dostosowanych do różnych segmentów rynku. Niestety, każde rozwiązanie opiera się na rozwiązaniach firmowych i daleko im do standaryzacji oraz możliwości konwergencji. Podobnie jest z systemami xMDS.

Technologia LMDS to ogromny rynek urządzeń bezprzewodowych. System używany jest głównie w połączeniach o wysokiej przepustowości do światłowodowej infrastruktury. Zaletą jest niski koszt wdrożenia w stosunku do sieci przewodowych oraz cena usługi. Bariery nowych wdrożeń to z pewnością koszt licencji na pasmo LMDS i wysoki koszt CPE. Przyszłość systemu to szerokopasmowe usługi dostępowe oraz zastosowania w systemach szkieletowych operatorów komórkowych. Wprowadzenie LMDS do systemów komórkowych na terenach zurbanizowanych spowoduje rozwiązanie problemów z koniecznością zdobycia wielu licencjonowanych częstotliwości, elastyczność oraz wydajną łączność w topologii gwiazdy.

Rynek systemów MMDS jest idealnie dostosowany do użytkowników indywidualnych oraz biurowych. Zaletą systemu jest możliwość dostarczenia szerokopasmowej usługi z zapewnieniem gwarancji usług QoS, transmisji głosu i obrazu. Bariery to słaba promocja, powolne wdrażanie i rozwój tej technologii.

Technologie xMDS skutecznie pozycjonują się w segmencie bezprzewodowych sieci dostępowych. Można przypuszczać, że LMDS ma przed sobą przyszłość dzięki rozwojowi bezprzewodowych sieci szkieletowych. Za to MMDS jest raczej skazany na zagładę wobec ekspansji znakomicie promowanego standardu WiMAX.