Kad ir kiek kalbama apie plačiajuostį belaidį ryšį, 2002 m. vasario mėn. JAV federalinės ryšio komisijos (Federal Communications Commision - FCC) duomenimis, tik 7% (7,5 mln.) visų JAV šeimų įsiregistravo sparčiosios interneto kreipties tarnybos abonentais. Panaši padėtis yra ir kitose šalyse; tik kelios iš jų, kuriose beje, palyginti su kitomis, yra mažiau gyventojų, paskelbė turinčios daugiau abonentų.

   Viena šių kuklių skaičių priežastis gerai suprantama - vartotojams šios paslaugos tiesiog nereikia. Be interaktyviųjų žaidimų, kurių anaiptol nepavadinsi visuotiniu pomėgiu, dar neatsirado vartotojo laukiamų naujovių, kurioms reikėtų plačiosios radijo bangų juostos. Kita priežastis yra techninė. Dėl įvairių priežasčių nemažai potencialių abonentų negali naudotis kabeline skaitmenine abonentine linija (Digital Subscriber Line - DSL). Gali būti, kad jiems tiktų neseniai atsiradusi nauja belaidžio ryšio technologija, vadinama non-line-of-sight (NLOS) - netiesioginio matymo belaidžiu ryšiu.

   Pavadinimas "belaidis NLOS ryšys" nėra labai įspūdingas. Juk dauguma radijo ryšio prietaisų ir mobilieji telefonai yra iš esmės non-line-of-sight prietaisai (imtuvo antena "nemato" siųstuvo antenos). Tačiau yra esminis jų skirtumas - visi šie prietaisai nėra plačiajuosčiai. Naujausia NLOS belaidžio ryšio technologija verta dėmesio pirmiausia todėl, kad nemenką duomenų srautą galima siųsti nemažais nuotoliais. Maža to, kad toks ryšys būtų nustatytas, nereikia kviesti įrangos montuotojų.

   Pastaroji ypatybė yra esminė. Ankstesni bandymai iš gyvenamųjų namų belaidžiu ryšiu susisiekti su internetu buvo bevaisiai jau vien dėl brangios įrangos ir brangių montavimo darbų. Pavyzdžiui, daugiakanalė daugiaabonentė skirstymo sistema (Multichanel Multipoint Distribution Service - MMDS), veikianti 2,5 GHz dažniu, didelius duomenų srautus siunčia dešimčių kilometrų atstumu. Tačiau šiai pirmosios kartos ryšio sistemai reikėjo kryptinės antenos, kuri buvo montuojama abonento patalpose tiesioginio matymo atstumu nuo pagrindinės stoties antenos.

   Dažniausiai šios paslaugos teikėjai pastebėdavo, kad pagrindinės stoties anteną nuo potencialaus abonento užstoja visokie kliuviniai, tad technikams vartotojo įrangą su kryptine antena pavykdavo sumontuoti tik iš kelinto karto. Tokie vizitai abonentui kainuodavo nuo 300 iki 800 dol., todėl vien montavimo išlaidos jam geriausiu atveju atsipirkdavo per metus.

   Blogiausia, kad šios tiesioginio matymo (line-of-sight - LOS) sistemos yra nelanksčios. Kai siunčiamų duomenų srautas viršija pagrindinės stoties leistiną pralaidą, reikia taikyti standartinę procedūrą - ryšio zoną dalyti į dvi dalis: esamą anteną naudoti vienai jos daliai, o kitai daliai sumontuoti naują. Jei naudojama kryptinė antena, vadinasi, ją vėl teks montuoti ir derinti naujos radijo stoties kryptimi, taigi abonentui prireiks papildomų išlaidų.

   Štai kodėl belaidžio ryšio kompanijos, tarp kurių garsios firmos AT&T, Sprint, WorldCom ir palyginti jaunos Winstar ar Teligent, teikusios plačiajuostės belaidės interneto kreipties paslaugas, atsisakė LOS belaidžio ryšio technologijos vien dėl to, kad neįtiko vietiniams taupiems vartotojams. Pernai AT&T nutraukė sutartis su savo 47 tūkst. klientų, Sprint bei WorldCom visai nutraukė šios srities veiklą, o Teligent bei Winstar pateikė oficialius bankroto apsaugos pareiškimus.

Fiksuoto, tačiau belaidžio ryšio sistema

   Daugelis specialistų ir investuotojų įsitikinę, kad sukurta nauja technologija įveiks sunkumus, būdingus tiesioginio matymo ryšiui. Trumpai tariant, jau parengta plačiajuosčio ryšio sistema su lengvai montuojamomis (net patalpų viduje) antenomis, pasižyminti pakankamai aukštu signalo/triukšmo lygiu.

   Apskritai šis tikslas gali būti pasiektas ir kitokiu būdu. Galima naudotis įprasto standarto IEEE 802.11b vietinio ryšio tinklais, tik turi būti ribojamas atstumas tarp siųstuvo ir imtuvo. Mobiliųjų telefonų ryšys, nors ir aprėpia didesnius nuotolius, nėra plačiajuostis. LOS sistemos ryšys, kuriam reikia didelės galios pagrindinės radijo stoties siųstuvo, tiesioginio siųstuvo antenos matomumo ir kryptinės abonento lauko antenos, per daug brangus.

   NLOS šiuos trūkumus įveikia tobulesnėmis antenomis, naujoviškais nešlio moduliavimo metodais. Kai kada naudojama mazginė ryšio sistema, kurios mazgai (individualių vartotojų patalpose sumontuota įranga) prie ryšio su internetu tinklo jungiami per tarpines grandis (žr. 2 pav.). Tokioje mazginėje ryšio sistemoje ilgų nuotolių radijo ryšys keičiamas trumpo nuotolio radijo ryšių visuma; taip palaikomas reikiamas radijo signalo lygis.

   LOS pagrindinės stotys naudoja įvairiakryptes ar sektorines antenas, skleidžiančias energiją plačiose teritorijose, tuo tarpu nemazginės NLOS sistemos - nedidelį antenų rinkinį, energiją skleidžiantį norima kryptimi. Ši technologija apima ir naujausią radijo dažnio moduliavimo metodą - ortogonalųjį dažninį tankinimą (orthogonal frequency-division multiplexing - OFDM). Toks nešlio moduliavimo būdas esamą radijo bangų juostą sudaro galimybę naudoti labai efektyviai (jos efektyvumas skaičiuojamas duomenų bitais, perduodamais per sekundę vienam dažnių juostos Hz).

   Šiuo metu NLOS ryšio sistemą tobulina ir vartotojams paslaugas teikia gamybos kompanijos Nokia Corp. (Espoo, Suomija) bei Navini Networks Inc. (Richardsonas, Teksaso valstija); reikiamos konstrukcijos imtuvais bei siųstuvais ir specializuotais lustais NLOS sistemas aprūpina kompanija Iospan Wireless Inc. (San Chosė, Kalifornijos valstija); vartotojams belaidės interneto kreipties paslaugas parduoda kompanijos Vista Broadband Networks Inc. (Petaluma, Kalifornijos valstija) bei T-Speed iš Dalaso.

Kaip veikia NLOS ryšio sistema

   Visgi svarbiausia nemazginio tinklo sistemos, iš vieno punkto skleidžiančios radijo bangas daugeliui vartotojų, dalis yra "sumani" pagrindinės stoties antena. Iš esmės ji sudaryta iš viso rinkinio elementų, kurių kiekvienas spinduliuoja savąjį signalą. Jų signalai skiriasi amplitude ir faze. Šis radijo bangas generuojantis rinkinys erdvėje formuoja savitos kryptinės diagramos lauką, kurio stiprumas reikiamomis kryptimis kruopščiai reguliuojamas. Elektromagnetinio spinduliavimo kryptys parenkamos taip, kad radijo bangos, erdvėje atsispindėjusios nuo įvairių objektų - kalnų, pastatų, automobilių ir net lėktuvų, abonento anteną pasiektų tuo pat metu ir būdamos tos pačios fazės (žr. 1 pav.). Kai radijo spindulių parametrai erdvėje tinkamai suderinti, abonento imtuvą pasiekia stiprus radijo signalas, taigi vartotojas gali naudoti kambarinę anteną.

   Patrauklu, bet kaip visa tai padaryti?

   Pirmiausia pagrindinėje stotyje analizuojamas abonento siųstas signalas, kuriam įtaką daro įvairiausi aplinkos veiksniai. Paskui, atsižvelgus į bangos sklidimo sąlygas, abonentui siunčiamas pakeistas bei ištaisytas signalas. Tarkim, abonentas turi pasistatęs paprastą įvairiakryptę rimbinę anteną. Kol jos skleidžiama banga pasieks pagrindinę stotį, ji susidurs su įvairiausiomis kliūtimis, nuo kurių atsispindėjusi (neretai daug kartų) sklis tarsi išspinduliuota daugelio šaltinių. Šios skirtingą kelią nuėjusios bangos anteną pasieks, būdamos skirtingų amplitudžių ir skirtingų vėlinimo trukmių (fazių).

   Sakykim, pagrindinė stotis priima du signalus: vieną iš šiaurės, o po 2 mikrosekundžių kitą, 8 dB silpnesnį, - iš rytų. Pagrindinės stoties siųstuvas dabar signalą siųs dviem kryptimis: pirmiausia rytų kryptimi - stiprųjį signalą, o po 2 µs - 8 dB silpnesnį signalą šiaurės kryptimi. Be abejo, aplinkos sąlygos kinta, todėl pagrindinė stotis turi nuolat sekti abonento siunčiamos radijo bangos parametrus, juos analizuoti ir atitinkamai keisti savosios bangos parametrus. Įdomu, kad šią technologiją imta taikyti tik tada, kai atsirado įperkamų ir šiam tikslui skirtų galingų skaitmeninių signalų procesorių.

   Kompanija Navini Networks šių procesorių pagrindu gamina įrangą, veikiančią licencinėje ir nelicencinėje radijo dažnių juostose 2,5 GHz artumoje. Pasak šios firmos gamybos vadybininko Sai Subramaniano, pagrindinės stoties antena nėra didelė, nors sudaryta iš aštuonių elementų, nes visi jie vienas nuo kito nutolę per bangos ilgį, o šio dažnio bangos ilgis yra vos 12 cm.

   Navini Networks gaminama abonento įranga turi dvi antenas, bet jos neveikia kaip viena fazuotoji gardelinė antena. Dvi antenos garantuoja patikimesnį ryšį: mažesnė tikimybė, kad abi vienu metu atsidurs ne ryšio zonoje. Šiuo metu kompanijoje bandoma ir kitokia įranga.

   Kompanija Iospan Wireless taiko savą ryšio technologiją. Jos pagrindinės radijo stoties siųstuvas turi dvi antenas, o kitame ryšio gale kiekvienam siųstuvui tenka po tris imtuvus. Toks Iospan artinys, pasiūlytas kompanijos įkūrėjo Stanfordo universiteto profesorius Arogyaswamio Paulrajo, vadinamas MIMO (multiple-input, multiple-output) - daugiaantenių imtuvų ir siųstuvų technologija.

   Komentuodamas daugiatraktį radijo ryšį, Iospan viceprezidentas Asifas Naseemas pasakė: "Daugiatraktis ryšys yra mūsų pagalbininkas. Geriausiomis ryšio sąlygomis radijo banga tarp trijų imtuvų ir dviejų siųstuvų sklinda šešiais skirtingais keliais. Taigi yra šeši duomenų srautai ir duomenų perdavimo sparta didėja. Išmatavę duomenų srautą, sklindantį nuo pagrindinės stoties stogo iki vartotojo, tarp kurių buvo 1,5 km, į vieną pusę gavome 13 Mb/s, į kitą - 6 Mb/s. Šešių kilometrų nuotoliu sklindantys srautai buvo atitinkamai 6 ir 4 Mb/s. Tai visai priimtina ryšio linijos pralaida".

   OFDM moduliavimo technologija, papildyta Iospan kompanijos daugiaanteniais įrenginiais, tapo plačiajuosčio belaidžio ryšio kreipties standartu IEEE 802.16. Iospan skaičiavimais, vartotojo patalpose montuojama įranga kainuos mažiau nei 500 JAV dol. Minėta kompanija su savo partneriais jau pradėjo montuoti pirmąsias sistemas Jungtinėse Valstijose ir kitose šalyse. (Iospan rengia projektus, tiekia specialios paskirties integrines schemas ir programinę įrangą. Visa kita: įrangos gamyba, montavimo darbai ir rinkos paieška - jos partnerių rūpestis.)

Mazginis tinklas

   "Sumaniosios" antenos nėra vienintelis būdas palaikyti ilgais nuotoliais sklindančios radijo bangos amplitudę. Ilgą ryšio nuotolį dar galima suskirstyti į daug trumpų atkarpų, kad elektromagnetinė banga, sklisdama nuo vieno mazgo prie kito, būtų stiprinama. Tokia yra mazginio ryšio palaikymo esmė. Vartotojas su savo įranga ne tik įsilieja į esamą ryšio tinklą: jo įranga veikia kaip tinklo mazgas, kuris kaimyno siųstą signalą sustiprina ir reikiamu maršrutu siunčia toliau.

   Kol kas mažiausiai trys Kalifornijos kompanijos tobulina ir reklamuoja mazginio tinklo sistemas: Nokia Wireless Routing Group, SkyPilot Network ir CoWave Networks. SkyPilot gamina įrangą ir ją prižiūri. Ši kompanija, naudodama 802.11 standarto ryšio technologijas, yra nusitaikiusi į gyvenamųjų namų bei smulkių firmų rinką. CoWave šią rinką aprūpina įranga, naudojančia licencines radijo bangų juostas.

   Tačiau pagal darbų apimtį abi šios kompanijos neprilygsta Nokia, kuri jau metus laiko rengia ryšio maršruto nustatymo programą R240 Wireless Router. Ši programa valdys 60 bevielio ryšio mazginių tinklų, kurie bus išdėstyti po visą JAV teritoriją. Nokia netoli Mountain View miesto (čia įsikūręs kompanijos biuras) yra sumontavusi eksperimentinį ryšio tinklą, kuriuo tikrinama, kaip veikia naujos mazginiams tinklams skirtos programos. Po dvejų metų bandymų toks 100 vartotojų tinklas su programine įranga buvo sumontuotas prie pat San Francisko. Pagal Nokia technologiją tinklą parengusi kompanija Vista Broadband Networks už 45 dol. siūlo 384 Kb/s, o už 55 dol. per mėn. - 1 Mb/s simetrinio ryšio paslaugas. Šiuo metu įrangos montavimo kaina - 200 dol.

Nokia Wireless Routing direktoriaus Dave'o Bejerio žodžiais tariant, Mountain View eksperimentinį mazginį tinklą sudaro apie 80 abonentų, išsidėsčiusių trijuose keturiuose kvartaluose. Iš tikrųjų tinklo vietovėje nesunku pastebėti tinklo mazgų antenas, sumontuotas pastatų išorėje (žr. 3 pav.). Šios antenos priklauso vartotojams, įsigijusiems visą tinklui reikalingą įrangą. Ji priima ne tik šiam mazgui skirtą signalą, bet ir kitų vartotojų signalus; juos sustiprinusi, nustatytu maršrutu retransliuoja toliau.

   Labai svarbi tinklo charakteristika yra mazgų išsidėstymo tankis. Stenfordo universiteto profesoriaus, belaidžio ryšio tyrimo grupės vadovo Donaldo Coxo teigimu, paslaugų teikėjas, norėdamas palaikyti reikiamą signalo/triukšmo lygį, pagrindinės stoties siųstuvą turėtų montuoti kas 50 metrų. Jei vartotojai išsidėstę dideliame plote, šią sąlygą įgyvendinti gali būti neleistinai brangu. (Viena pirmųjų belaidės interneto kreipties teikėjų kompanija Ricochet buvo priversta nutraukti verslą vien dėl to, kad tinklų rengimas pasirodė esąs per brangus.) Tačiau kitaip nei Ricocheto, Nokia artinyje belaidžio ryšio tinklą sudaro vartotojų įsigytos įrangos visuma, todėl nereikia kiekvieno mazgo įrangai nuomotis patalpų. Nokia Wireless Routing vadovo D. Beyerio vertinimu, mazginio tinklo vartotojui teikiamos paslaugos ir sumontuota įranga kainuotų maždaug 800 JAV dol., kuriuos reiktų sumokėti ne iš karto, bet nedidelėmis dalimis.

   Nokia mazginio tinklo sistemoje (2 pav.), be individualių belaidžio ryšio abonentų, dar numatytos pagrindinės stotys. Kiekviena iš jų aptarnauja savo vartotojų grupę. Abonentų ir pagrindinių stočių įranga montuojama ant stogo, tačiau antenų derinti nereikia.

   D. Beyeris pabrėžė, kad mazginio tinklo architektūra nėra be priekaištų. Jei informacija perduodama paketais, tranzitinių persiuntimų skaičius gali būti labai didelis, nes duomenų paketai juda abiem kryptimis, be to, pagrindinei stočiai reikia siųsti pranešimus, kad paketas pasiekė adresą. Visgi, jei tranzitinių persiuntimų nuotolis trumpas, bus palaikoma aukšta radijo signalo galia, kuri ir yra pagrindinė didelio duomenų srauto siuntimo prielaida. Dėl šios aplinkybės vartotojų grupės bei kitos mazginio tinklo sistemos esti spartesnės nei tuomet, kai ryšys palaikomas iš vieno centrinio punkto.

   Yra dar viena susirūpinimą kelianti mazginių tinklų savybė. Kiekvienas papildomas tranzitinis persiuntimas pailgina gaišties trukmę ir gali turėti neigiamų padarinių, kai realiu laiku nustatomas interaktyvusis ryšys (pvz., kai tiekiami balso duomenys). Be abejo, kiekvienas papildomas mazgas didina ryšio vėlinimo trukmę, tačiau, kaip pasakė D. Beyeris, 2002 m. pasirodysianti nauja programinė įranga garantuos aukštos kokybės kalbinį ryšį abonentams, kurie nuo pagrindinės telkinio stoties nutolę ne daugiau kaip per tris tranzitinius persiuntimus.

    Šiuo metu Nokia savo mazginio tinklo ir maršruto nustatymo technologijas numačiusi taikyti Šiaurės Amerikos pramonės, mokslo ir medicinos civilinėje radijo bangų juostoje. Europos ir Azijos rinkos taip pat vertos dėmesio. Tačiau, kaip pasakė D. Beyeris, nors čia 2,4 GHz dažnių juosta irgi yra viešojo naudojimo, šiose rinkose yra griežtesni elektromagnetinės galios apribojimai - 100 mW, o ne 4 W, kaip kad Šiaurės Amerikoje, o toks galios skirtumas turėtų didžiulės įtakos ryšio nuotoliui, ryšio zonos plotui ir kitoms ryšio charakteristikoms. Europos ir Azijos valdžios atstovai bando "prastumti" įstatymus, padidinsiančius leistinos galios ribą. Jei jiems pavyktų, jų rinka išsyk atrodytų patrauklesnė.

Trukdžiai

   Naujai kuriamos belaidžio ryšio technologijos susiduria su esminiais techniniais ir komerciniais sunkumais. Kai kurios iš šių plačiajuosčio ryšio sistemų naudoja tokias radijo dažnių juostas, kurios jau porą dešimtmečių yra atviros viešajam ir privačiam naudojimui. Taigi, tokia radijo įranga viešas dažnių juostas turi dalytis ne tik su panašiais įrenginiais, bet ir su visiškai kitos paskirties prietaisais, tarkim, mikrobangų krosnelėmis. Aišku, kad prietaisai, veikiantys licencinėse juostose, su tokiais neapibrėžtumais nesusiduria.

   Plačiai išreklamuotas Bluetooth standartas, kuris šiuo metu įtrauktas į IEEE standartą 802.15, veikia ISM (ISDN Standards Management - ISDN standartų vadyba) juostoje. Šioje juostoje sėkmingai veikia ir dauguma 802.11 ryšio standarto įrangos. Jei Bluetooth standarto populiarumas augs, o 2,4 GHz belaidžiai telefonai ir toliau plis, gali būti, kad ši dažnių juosta taps perpildyta ir reikiamas paslaugas teikti bus sunku. Kitas ryšio kliuvinys yra įstatymų numatytas viešojoje juostoje veikiančių siųstuvų galios ribojimas, norint sumažinti trukdžius. Licencinių juostų leistini galios lygiai yra didesni.

Ar susigundys vartotojai?

   Ar į šiuos tinklus įsipainios vartotojas? Kas atsitiks, jei ryšio tinklas bus parengtas, bet niekas nenorės juo naudotis? 2002 m. vasario mėn. FCC ataskaitoje nurodyta, kad tik 12% potencialių sparčiosios kreipties vartotojų sutiko mokėti 40 dol. abonentinį mokestį. Abonentinį mokestį sumažinus iki 25 dol. per mėn., abonentų skaičius padidėjo tik 30%.

   Kiti rinkos tyrimai, 2001 m. lapkričio mėn. atlikti Vašingtono Hart Research and The Winston Group, irgi atskleidė panašias vartotojų nuotaikas. Spartesnės interneto kreipties ryšio reikėtų tik 36% vartotojų, tačiau ne visi iš jų sutiktų mokėti 40 ir daugiau dol. per mėnesį. Žodžiu, sprendžiant iš šių tyrimų, didelės spartos ryšys šių dienų kainomis ypatingo dėmesio nesusilaukė.

   Daugelio ekspertų nuomone, plačiajuosčio ryšio technologijos vartotojų būtų graibstomos tuomet, jei atsirastų naujų patrauklaus turinio paslaugų (žr. šio nr. str.: "Trečiosios kartos mobiliojo ryšio tinklai turės laukti savo valandos" ir "Ko trūksta plačiajuosčio radijo ryšio sistemoms?"). Kompanijos Ulmtech (San Diegas, Kalifornija) prezidentė ir belaidžio plačiajuosčio bei skaidulinio optinio ryšių ekspertė Maha Achour mano, kad plačiajuosčio ryšio tarnybų paklausą padidins anaiptol ne žaidimai, kaip kad daugelis mano, bet mokymasis, bendradarbiavimas ir interaktyvieji kelių žmonių telefono pokalbiai. "Manau, kad mokymasis dialogo režimu bei bendradarbiavimas ir bus tos laukiamos ryšio paslaugos. Tvirtai tikiu mokymosi dialogo režimu ateitimi", - pabrėžė ji.

   Šiaip ar taip, skaičiai liudija, jog mūsų gyvenime dar turi įvykti kai kurių permainų, kad visi imtume noriai naudotis sparčiu, patikimu ir informatyviu plačiajuosčiu belaidžiu ryšiu.