Bankovní institut vysoká škola Praha. Katedra matematiky, statistiky a informačních technologií. Infrastruktura ISP.

Transkript

1 Bankovní institut vysoká škola Praha Katedra matematiky, statistiky a informačních technologií Infrastruktura ISP Bakalářská práce Autor: David Fiala, DiS. Informační technologie Vedoucí práce: Ing. Vladimír Beneš Praha Duben 2013

2 Prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci zpracoval samostatně a v seznamu uvedl veškerou použitou literaturu. Svým podpisem stvrzuji, že odevzdaná elektronická podoba práce je identická s její tištěnou verzí, a jsem seznámen se skutečností, že se práce bude archivovat v knihovně BIVŠ a dále bude zpřístupněna třetím osobám prostřednictvím interní databáze elektronických vysokoškolských prací. Ve Vlašimi dne David Fiala, DiS.

3 Poděkování Děkuji vedoucímu bakalářské práce Ing. Vladimíru Benešovi za ochotu, podporu a poskytnutí cenných informací, které mi pomohly při psaní této práce. Dále děkuji též své přítelkyni Ing. Martině Brožové za značnou podporu při tvorbě bakalářské práce a za její korektury. V neposlední řadě děkuji společnosti Vlašimnet s.r.o. a jejím zaměstnancům za pomoc při tvorbě této práce.

4 Anotace Tato práce se zabývá infrastrukturou ISP používanou u malých ISP. Poskytuje základní přehled o užívaných technologiích a jejich možnostech. Práce není dokonalým přehledem podrobností o každé uváděné technologii, čtenáře by měla seznámit s touto dynamickou problematikou a vytvořit mu nadhled a souvislosti v této oblasti. Klíčová slova bezdrátové spoje, data, licence, optika, provider, přenos, sítě Annotation This thesis deals with infrastructure of internet service providers used by small internet service providers. It provides general summary of used technologies and their possibilities. The thesis is not a perfect detail summary of each mentioned technology, it should inform a reader about this dynamic matters and create him a detached view and continuity in this sphere. Key words wireless line, data, license, optical system, provider, transmission, networks

5 Obsah 1 Úvod Stručné uvedení problematiky malých ISP v ČR Historie Současnost Budoucnost Právní a technické prostředí ISP v ČR Normy ČTÚ pro frekvence 2,4, 5,8 a 10,5 GHz a licencovaná pásma Volná pásma Licenční provoz Návrh realizace trasy pro bezdrátový spoj Výpočty tras dle limitů ČTÚ pro pásmo 2,4 a 5 GHz Výpočet regulace obecný postup Praktický výpočet regulace výkonu pro pásmo 2,4 GHz Praktický výpočet regulace výkonu pro pásmo 5 GHz 19 4 Nejpoužívanější bezdrátové spoje Pásmo 2,4 a 5 GHz fenomén v ČR Stručná historie a důvody rozvoje Problematika přeplnění volných pásem Kontroly pásem od ČTÚ Budoucnost těchto pásem versus uvolněné frekvence po analogové TV Uvolnění pásma 10,5 GHz a spoje v něm Spoje MicroLan Současné spoje Alcoma, Orcave Stále málo kapacity (polarizační výhybky a sdružování kapacit) 39 5 Licencovaná pásma Důležité vlastnosti Proč licencované spoje, využitelné frekvence v ČR Spoje výrobce ATH system s.r.o Současné licencované spoje Alcoma WIMAX v ČR Optická přenosová média Laserová pojítka Problematika budování podzemní optické sítě z právního hlediska Typy optických vláken a technologie přenosu Skladba optických vláken Členění optických vláken Jednovidová vlákna Mnohovidová vlákna Porovnání jednovidových a mnohavidových vláken Praktická realizace sítě v menším městě Pohled z hlediska lokálního ISP jako investice do budoucna Možnosti rozvoje služeb na tomto typu sítě Závěr Seznam použité literatury Seznam použitých obrázků Seznam použitých tabulek... 67

6 1 Úvod Tato bakalářská práce pojednává o infrastruktuře bezdrátových a optických sítí malých poskytovatelů internetových služeb (označovaných zkráceně jako ISP) v České republice. Dle údajů Českého telekomunikačního úřadu působí v ČR téměř dva tisíce poskytovatelů [10], z nichž většina působí pouze ve svém nejbližším okolí. Prvním historicky volným pásmem pro bezdrátové sítě v ČR bylo pásmo 2,4 GHz. V roce 2005 uvolnil Český telekomunikační úřad na základě velkého tlaku z řad ISP další pásmo na frekvenci 5 GHz a poté se povedlo prosadit uvolnění pásma na frekvenci 10,5 GHz. Vyšší pásma nabízejí kromě vyšší rychlosti i vyšší stabilitu připojení, neboť pásmo 2,4 GHz nabízí malou šířku pásma a vysoký počet stanic. Z tohoto důvodu tedy poskytovatelé internetových služeb nižší pásmo postupně opouštějí a přecházejí na pásma vyšší. Tím ovšem dochází k tomu, že i u vyšších pásem dochází k postupnému zarušování. Vhodným řešením, jak se vyhnout zarušeným frekvencím, může být výstavba optické sítě. Z důvodu vysoké finanční náročnosti je toto ovšem vhodné pouze v lokalitách s vyšším počtem uživatelů, zejména ve městech s většími sídlišti. Na trhu lze nalézt spoustu publikací, jak vytvořit domácí wi-fi síť, ale dle mého názoru je na trhu nedostatek publikací zabývajících se infrastrukturou páteřních přenosových tras. Vzhledem k tomu, že pracuji v oboru telekomunikací a přenosů dat a zabývám se realizací jak bezdrátových, tak optických sítí, vybral jsem si pro bakalářskou práci právě toto téma. Cíl práce Cílem této práce je poskytnout na základě vlastních praktických zkušeností průřez informacemi o infrastruktuře bezdrátových sítí a porovnat bezdrátové spoje s optickými přenosovými médii. Práce poskytuje nejen ucelený přehled o nejpoužívanějších bezdrátových spojích ve volných i licencovaných pásmech, ale zároveň popisuje i realizaci optické sítě v menším městě včetně problematiky budování této sítě z právního hlediska. Každá technologie přenosu dat je svým způsobem fungování specifická. Je tudíž nutné vždy ze strany ISP pro využití konkrétní technologie uvážit všechny parametry, které konkrétní typ přenosu dat vykazuje, a zvolit nejvýhodnější řešení hlavně s ohledem na poměr cena x výkon. Uspořádání práce Bakalářská práce je rozdělena do několika kapitol. Po úvodu následuje stručný popis problematiky malých poskytovatelů internetového připojení v naší republice z hlediska minulosti, současnosti a budoucnosti. Další kapitola popisuje právní a technické prostředí; jsou zde např. uvedeny normy ČTÚ pro nejpoužívanější bezdrátové spoje či návrh realizace trasy pro bezdrátový spoj. V pořadí čtvrtá kapitola je věnována nejpoužívanějším bezdrátovým spojům ve volných pásmech 2,4 GHz, 5 GHz a 10,5 GHz. Popisuje jak důvody rozvoje vysílacích pásem, tak problematiku jejich rušení. Pátá kapitola se zabývá licencovanými pásmy a současnými licencovanými spoji Alcoma, Waveform a WIMAX. Následující kapitola popisuje optická přenosová média. Je zde např. uvedena charakteristika laserových pojítek z hlediska poměru ceny a výkonu, problematika budování optických sítí či možnosti rozvoje služeb na optické síti. V závěru práce jsou shrnuty výsledky sedmileté praxe v oboru a možnosti rozvoje internetových sítí malých poskytovatelů těchto služeb v budoucnu. 6

7 2 Stručné uvedení problematiky malých ISP v ČR 2.1 Historie Počátky internetu Historie internetu se datuje do šedesátých let minulého století, kdy se v USA zrodila myšlenka vytvořit síť, která by propojovala nejdůležitější vojenské počítače. V roce 1969 byla vytvořena síť ARPANET, ke které se postupně začaly připojovat další instituce, především univerzity, a síť se brzy rozšířila i do Evropy. Vznik hypertextového dokumentu v roce 1989 a rozšíření počítačů přilákalo v následujících letech k internetu miliony nových uživatelů. [40] Zlom u nás - připojení ČVUT v Praze V letech se na našem území připojilo k internetu několik univerzit. Oficiálně se bývalé Československo stalo součástí celosvětové internetové sítě dne , kdy bylo připojeno ČVÚT v Praze Dejvicích. Tomuto okamžiku předcházelo kromě několikaměsíčního testování i schválení tohoto přípojného místa příslušnými orgány v USA. Internetová síť u nás vznikla za podpory grantové agentury National Science Foundation. Ze získaných grantů byly zakoupeny dva modemy jeden pro ČVUT v Praze a druhý pro Univerzitu Jana Keplera v Linci, neboť právě linka z této rakouské univerzity zajišťovala spojení s ČVUT. Kapacita tehdejšího spoje byla 19,2 kb/s a internetová síť byla zavedena pouze na jediném sálovém počítači od IBM o rozměrech cca 300 m². [35] Vznik páteřní sítě CESNET Obrázek 1 - Schéma sítě CESNET r [12] Páteřní internetová síť (původní název FESNET, později CESNET) se začala v ČSR budovat v polovině roku 1992, kdy byla podepsána smlouva o realizaci projektu mezi Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy ČSR (MŠMT ČSR) a ČVUT Praha. Na vybudování akademické páteřní sítě uvolnilo MŠMT ČSR 20 miliónů Kčs. V prosinci t.r. byla propojena Praha s Brnem rychlostí 65 kb/s. Začátkem následujícího roku se k páteřní síti připojily univerzity v Českých Budějovicích, Hradci Králové, Liberci, Olomouci, Ostravě, 7

8 Pardubicích a Plzni. Celorepubliková páteřní síť CESNET byla spuštěna dne Začátkem roku 1994 měl CESNET již 14 uzlů a Praha byla připojena také k Vídni a Amsterdamu. Dnes je síť dobudována do všech větších měst, kde jsou nejen vysoké školy, ale i školy nižších stupňů, které se do projektu zapojily. Síť dnes dosahuje špičkových přenosových vlastností a kapacit, jak je patrné z mapy jejího rozsahu. [35] Rozšíření internetu do domácností Vysoký nárůst komerčních uživatelů internetu začal rokem 1995, kdy připojení k internetu nabídli první komerční poskytovatelé. Pevné připojení s rychlostmi 9,6 nebo 14,4 kb/s stálo cca ,- Kč měsíčně, vytáčené spojení bylo levnější, ale obvykle se platilo za dobu připojení. Od té doby se počet uživatelů v ČR stále zvyšuje. [35] Tabulka č. 1: Počet domácností v ČR s připojením k internetu [7] [8] Rok Počet (%) 5,8 7, ,4 19,1 26, ,7 49, Tabulka č. 2: Počet podniků v ČR s připojením k internetu [5] [9] Rok 2000 (1) 2001 (1) 2002 (1) 2003 (1) 2004 (1) 2006 (2) 2007 (2) 2008 (2) 2009 (2) 2010 (2) 2011 (2) Počet (%) 74,6 77,1 87,8 90,2 92, ,2 95,1 95,6 94,7 96,3 1) údaje za prosinec sledovaného roku 2) údaje za leden sledovaného roku Způsoby připojení Zpočátku bylo nejběžnějším typem připojení v českých domácnostech vytáčené připojení a ISDN linka. Od roku 2008 zaujímá v domácnostech největší podíl bezdrátové připojení, následuje ADSL a připojení prostřednictvím kabelové televize. Tabulka č. 3: Typ použité technologie připojení k internetu v domácnostech (%) [6] [8] Způsob / rok Bezdrátově ISDN, Dial up ADSL TV kabel Ostatní U podniků převažuje připojení přes technologii ADSL. V lednu 2011 se tento typ připojení vyskytoval u 55 % podniků. V prosinci roku 2003 přitom bylo v ČR pouze 7 % podniků s ADSL Druhým nejčastějším způsobem připojení k internetu (38 %) je bezdrátové připojení; optické připojení využívají pouze 4 % malých podniků a 26 % velkých podniků. [5] 8

9 Vývoj rychlostí připojení Co se týče rychlosti připojení k internetu, došlo od jeho zavedení v ČR v průměru k několikanásobnému zrychlení a dá se předpokládat, že tento trend bude i nadále pokračovat. Tabulka č. 4: Typ internetového připojení v domácnostech (v %) [8] Rok / Typ Vysokorychlostní Ostatní Tabulka č. 5: Rychlost internetového připojení v podnicích (v %) [4] Rok / Rychlost Méně než 2 Mb/s Více než 2 Mb/s Současnost V letošním roce je tomu přesně dvacet let, kdy byla oficiálně k internetu připojena ČSR. Na českém trhu působí jak národní, tak nadnárodní operátoři. Dle údajů ČTÚ působí v ČR téměř dva tisíce poskytovatelů [10], z nichž největšími jsou Telefónica O2 a.s., T-Mobile, atd. Podle posledních údajů zveřejněných ČSÚ používá internet 96,3 % podniků a 61,7 % domácností. Internet se prosazuje do všech vrstev společnosti a z vlastní praxe vím, že proniká již i do sféry našich seniorů. Internet v podnicích Počet podniků připojených k internetu nevykazuje za posledních pět let žádné výrazné změny. Skoro polovina podniků používá k šíření internetu ve svých budovách bezdrátové připojení. Bohužel však často špatně zabezpečené. Pevné vysokorychlostní připojení (tzn. ADSL či jiné DSL technologie, bezdrátové připojení FWA, připojení přes rozvody kabelové televize či optické připojení) využívá téměř 89 % českých podniků. Mobilního vysokorychlostního připojení pomocí 3G modemu či 3G mobilního telefonu využívá 20 % podniků. [5] České podniky jsou nejčastěji připojeny přes technologii ADSL. Počítač s přístupem na internet využívá v podnicích cca 35 % zaměstnanců. Internet je nejčastěji využíván k bankovním a finančním službám, zejména k internetovému bankovnictví, internetové telefonii VoIP a e-learningu zaměstnanců. [4] Internet v domácnostech Internet využívá více jak 60 % českých domácností, jejichž počet se každým rokem zvyšuje. Uživatelé jsou nejčastěji připojeni bezdrátově. Připojení k internetu nejčastěji využívají lidé ve věku let (90 %). Podle průzkumu agentury Mediascope se uživatelé nejčastěji připojují k internetu přes stolní počítač nebo notebook (70 %). Na dalším místě jsou mobilní telefony (14 %), poté tablety (3 %). Denně se připojuje 62 % uživatelů. Uživatelé připojující se přes mobil stráví na 9

10 internetu 11 hodin týdně, uživatelé připojující se přes poč stráví na internetu 15 hodin týdně. V porovnání s uživateli ostatních evropských zemí převyšuje ČR evropský průměr. [23] Internet je nejčastěji využíván k ové korespondenci, vyhledávání informací o zboží a službách, čtení on-line zpráv, k internetovému bankovnictví nebo nákupu zboží a služeb. Nejčastěji uživatelé nakupují oblečení a obuv, vstupenky či lístky na autobus a vlak. Velmi často je připojení využíváno i ke stahování video a audio souborů, z většiny ovšem nelegálně. [4] 2.3 Budoucnost Odhadovat budoucnost internetu je, stejně jako u čehokoliv jiného, velice složité. Lze ovšem předpokládat, že vývoj českého internetu se bude odvíjet od vývoje globálního internetu. V listopadu roku 2012 byla na internetových stránkách zveřejněna informace, že se americkým fyzikům podařilo rychlost přenosu dat zvýšit na jediné obousměrné lince tří tisíckrát na rekordních 339 Gb/s. Tato rychlost není zdaleka konečná, protože jejich nejbližším cílem je dosáhnout rychlosti třikrát vyšší. Tato rychlost má velký význam např. při zpracování dat v oblasti meteorologie, astronomie a dalších oborů. Tímto testem se potvrzuje obrovská kapacita optických vláken, kterou stále dokážeme využít pouze v jejím zlomku. [25] Vzhledem k tomu, že se neustále vyvíjejí nové technologie a vzrůstají nároky na kapacitu přenosové sítě (požadavky na kvalitu a množství přenášených dat stále rostou), dá se očekávat, že i v ČR bude docházet ke zvyšování přenosových rychlostí. Současné rychlosti připojení k internetu nasvědčují tomu, že během následujících let se bude standardní rychlost připojení pohybovat v rozmezí Mbit/s. V lokalitách, kde toto nebude technicky možné, se dá očekávat rychlost do 50 Mbit/s. V současné době působí na českém trhu tři telefonní operátoři poskytující připojení k internetu. V blízké době by měl přibýt na český trh další telefonní operátor. S jeho vstupem lze očekávat zlevnění poskytovaných služeb. Zda-li s nabídkou mobilního trhu pohnou plánovaní virtuální operátoři je otázkou, protože budou nuceni využívat síť hostitelských operátorů. S ukončením analogového vysílání v ČR byly uvolněny vysílací frekvence, kterých toto analogové vysílání využívalo. Tyto frekvence disponují pro své fyzikální a technické parametry velkým potenciálem rychlosti. Český telekomunikační úřad vypsal v červenci roku 2012 výběrové řízení pro udělení práv k využívání rádiových kmitočtů k zajištění veřejné komunikační sítě v pásmech 800 MHz, 1800 MHz a 2600 MHz. Jak ovlivní tato situace český trh, bude jasnější až po ukončení výběrového řízení. Lze tedy předpokládat, že operátor, který tyto uvolněné frekvence získá, přinese na tuzemský trh novou technologii určenou pro vysokorychlostní internet v mobilních sítích (technologie LTE). Tato technologie bude nejspíš využita jako další varianta k technologii ADSL hlavně v malých obcích. Tomuto kroku nasvědčuje i skutečnost, že vlastník telefonní sítě Telefónica O2 více jak dva roky do své metalické sítě neinvestuje žádné finanční prostředky. Dá se tedy předpokládat, že se společnost Telefónica O2 společně s dalšími mobilními operátory zaměří na dotažení optické konektivity na svoje hlavní vysílací věže po celé ČR a zaměří se na rozvoj bezdrátových přenosů, které jsou v porovnání s investicemi do podzemních sítí výhodnější. 10

11 3 Právní a technické prostředí ISP v ČR Mezi základní právní předpisy, které upravují podnikání v oblasti telekomunikací a radiokomunikací, patří nejen právní předpisy ČR, ale i nařízení EU a opatření vydaná ČTÚ. Na činnosti spojené s provozováním elektronických komunikací dohlíží Český telekomunikační úřad (ČTÚ), který byl zřízen zákonem č. 127/2005 Sb., o elektronických komunikacích. Tento úřad se zabývá regulací trhu a stanovuje podmínky pro podnikání v oblasti elektronických komunikací. ČTÚ se zabývá rovněž správou rádiového spektra. Podle výše uvedeného zákona se rádiovým spektrem rozumějí elektromagnetické vlny o kmitočtu od 9 khz do GHz šířené prostorem bez zvláštního vedení. Správou spektra se rozumí sestavování plánu přidělení kmitočtových pásem, na který navazuje plán využití rádiového spektra. Plán přidělení kmitočtových pásem, který též můžeme najít pod názvem Národní kmitočtová tabulka, určuje přidělení kmitočtových pásem jednotlivým radiokomunikačním službám. Mezi hlavní činnosti ČTÚ lze tedy zejména zařadit: udělování individuálních oprávnění k využívání rádiových kmitočtů, udělování rádiových kmitočtů, přidělování volacích značek a identifikačních čísel kódů, kontrolu využívání radiového spektra. Každé nedodržení či porušení pravidel pro využívání kmitočtů může negativně ovlivnit ostatní uživatele. Bylo by zajímavé elektromagnetické vlny například v Praze zviditelnit, pak by každý nutnost řízení ze strany ČTÚ pochopil. Z tohoto důvodu by tedy mělo být v zájmu všech uživatelů kmitočtového spektra dodržovat pravidla pro využívání kmitočtů a provoz zařízení. Pro provozovatele a účastníky bezdrátových sítí vyplývá ze zákona č. 127/2005 Sb. několik základních povinností, např.: A) rádiové spektrum může být využito pouze na základě všeob. či individuálního oprávnění: Všeobecné oprávnění vydává ČTÚ k zajištění sítí a poskytování služeb elektronických komunikací, k provozování přístrojů a za určitých podmínek i k využívání rádiových kmitočtů ( 9 zákona 127/2005 Sb.). Individuální oprávnění k využívání rádiových kmitočtů, které nelze využívat na základě všeobecného oprávnění, je vydáváno ČTÚ na základě žádosti uživatele ( 17 zákona 127/2005 Sb.). Vzor tohoto oprávnění je uveden v příloze č. 1. B) použitá zařízení musejí splňovat stanovené technické požadavky, tzn. u každého rádiového a telekomunikačního koncového zařízení musí být posouzena shoda. Postup posuzování shody nahradil režim schvalování (tzv. homologace). C) v některých případech je nutný průkaz odborné způsobilosti, např. pro obsluhu zařízení v leteckém, lodním provozu či pro zařízení pro amatérskou radiokomunikační službu. 11

12 3.1 Normy ČTÚ pro frekvence 2,4, 5,8 a 10,5 GHz a licencovaná pásma Volná pásma Do kategorie volného pásma lze zejména zařadit pásma v oblasti 2,4 GHz, 5 GHz a 10,5 GHz. Ve volných pásmech neprobíhá ústřední plánování ani evidence jednotlivých spojů, i když v pásmu 5 GHz se diskutuje o změnách, zejména z důvodů rušení meteorologických radarů. Žadatel při provozování telekomunikačních služeb v těchto volných pásmech nežádá ČTÚ o vydání licence; musí se ovšem řídit pravidly podle všeobecných oprávnění, které jsou dostupné na internetových stránkách ČTÚ. Všeobecná oprávnění jsou na rozdíl od generálních licencí vydávána bez omezení platnosti. Prvním volným pásmem pro bezdrátové sítě bylo pásmo 2,4 GHz, které umožnilo rozvoj ISP. Od září r uvolnil Český telekomunikační úřad další tři pásma na frekvenci 5 GHz. Stalo se tak na základě všeobecného oprávnění č. OR/12/ k využívání rádiových kmitočtů a k provozování zařízení pro širokopásmový přenos dat na principu rozostřeného spektra nebo OFMD 1 v pásmech 2,4 GHz a 5 GHz. Přínosem tohoto oprávnění byla rovněž skutečnost, že bylo vypuštěno ustanovení o povinnosti použít v případě externí antény druh nebo typ antény stanovený výrobcem. V prosinci r vydal ČTÚ všeobecné oprávnění č.vo-r/14/ k využívání rádiových kmitočtů a k provozování zařízení v pásmu 10 GHz. Pásmo ,5 MHz je v současné době velmi intenzivně využívané, neboť na základě všeobecných oprávnění VOR/12/ a VO-R/10/ toto pásmo sdílejí aplikace bezdrátových sítí včetně bezdrátového internetu, zařízení bluetooth a některé další aplikace (např. bezdrátové kamery, bezdrátové telefony, železniční aplikace, RFID, mikrovlnné trouby, atd.). V oblasti 5 GHz je možný provoz podle VOR/12/ a VO-R/10/ v pásmu 5,15 5,35 GHz (pouze uvnitř budov), v pásmu 5,470 5,725 GHz (standard IEEE a) a s malým výkonem (25 mw e.i.r.p.) též v pásmu 5,725 5,875 GHz. Další frekvenční pásma, kde lze provozovat zařízení na základě VO, jsou např. 10,5 GHz, 17 GHz, 24 GHz a 80 GHz. Bezlicenční provoz nepodléhá zpoplatnění, což je bezesporu velkou výhodou. Ovšem nevýhodou je, že ČTÚ nezaručuje ve volných pásmech ochranu proti rušení od jiných spojů v dané lokalitě. ČTÚ řeší poměrně často problémy, které jsou způsobeny zejména nedodržováním všeobecných telekomunikačních pravidel. Na základě zjištěných nedostatků může ČTÚ udělovat provozovatelům pokuty za porušování těchto podmínek Licenční provoz Pro možnost využití tohoto rádiového spektra je nutno o oprávnění požádat na ČTÚ. V tomto případě lze počet oprávnění omezit a vypsat na ně výběrová řízení. Pro oprávnění k využívání je potřeba splnit řadu podmínek a platit poplatky. Nejdříve je třeba požádat o přidělení nevyužitých pracovních kmitočtových "kanálů" v lokalitě instalace, povolení 1 Modulační metoda OFDM spočívá v použití několika stovek až tisíců subnosných frekvencí. Subnosné frekvence jsou dále modulovány dle potřeby různě robustními modulacemi například: QPSK, 16-QAM nebo 64-QAM. Datový tok celého kanálu se tak dělí na stovky dílčích datových toků jednotlivých subnosných frekvencí. [45] 12

13 k provozu spoje, přičemž následně provozovatel spoje hradí regulačnímu orgánu roční poplatky za využívání přidělených kmitočtových kanálů. Protože přidělování nevyužitých kmitočtových kanálů je ústředně plánováno a je zpoplatňováno, má provozovatel spoje na rozdíl od bezlicenčních pásem zajištěnu ochranu proti rušení, způsobenému provozem jiných spojů v dané lokalitě. Nutno je však poukázat na obecně zažitou, avšak bohužel nesprávnou představu, že provozovatel spoje má současně zajištěnu i ochranu proti zastínění paprsku spoje novými stavbami apod. Tuto ochranu si lze plně zajistit pouze územním rozhodnutím o ochranném pásmu, vydaném příslušným stavebním úřadem na základě žádosti provozovatele spoje, jehož prosazení je však z důvodu mnoha nutných souhlasů v dnešní době téměř nemožné. Do této kategorie mikrovlnného provozu patří frekvenční pásma 3,5 GHz, 7 GHz, 11 GHz, 13 GHz, 15 GHz, 18 GHz, 23 GHz, 26 GHz, 38 GHz, 40 GHz. 3.2 Návrh realizace trasy pro bezdrátový spoj Pro navržení tras bezdrátových spojů je důležité znát vzdálenosti spojovaných bodů, spočítat výkony povolené ČTÚ a mít představu o zatížení linky. Před vlastní realizací trasy je vhodné nechat si zpracovat reliéfní řez terénem (viz. příloha č. 2 Profil terénu). V dnešní době si na trhu lze vybrat z několika plně vyhovujících software, které podle zadaných GPS souřadnic cílových bodů spoje a výšky jejich umístění nad zemí vygenerují reliéfní profil krajiny. Velmi oblíbeným je program RadioLab, který ovšem patří i k těm nejdražším. Při zadávání výšky cílových bodů je nutné počítat s rezervou nad stromy (mohou povyrůst) a nad zastavěnými oblastmi. Při zadávání údajů pro výpočet trasy je možné do programu zadat i frekvence, na kterých bude spoj komunikovat. V tomto případě program ověří nejen viditelnost, ale zároveň vypočítá a zobrazí ideální Fresnelovu zónu. Fresnelovou zónou se označuje oblast ve tvaru elipsoidu, která se nachází mezi jednotlivými anténami. Jsou pak v zásadě možné dva typové výsledky, jak je vidět na obrázcích č. 2 a 3. Obrázek 2 - Trasa bezdrátového spoje, která nelze realizovat (není přímá viditelnost) [18] 13

14 Obrázek 3 - Bezchybná trasa bezdrátového spoje (ideální Fresnelova zóna) [18] Potřebujeme-li do určité lokality navrhnout velmi kvalitní a dostatečně propustnou linku v řádech desítek megabitů, využijeme pojítko v pásmu 10 GHz. Pro realizaci spoje lze použít např. spoje výrobců Alcoma nebo Orcave. Stále se také používají do menších lokalit starší spoje SVM, jejichž nevýhodou ovšem může být to, že jejich produkty zabírají větší šíři pásma než jiné typy a může tedy nastat problém při jejich umístění na telekomunikační věž. Při návrhu spojů je velmi důležité pamatovat i na bezpečnost systému. U každé antény musí být v souladu s bezpečnostními normami umístěna na jejím svodu bleskojistka a spoj řádně uzemněn. Na uzemnění je třeba dbát hlavně na telekomunikačních věžích. Výstavba sítí elektronických komunikací, postup a podmínky výstavby jsou upraveny zákonem č. 183/2006 Sb., o územním plánování a stavebním řádu, a zákonem č. 127/2005 Sb., o elektronických komunikacích. 3.3 Výpočty tras dle limitů ČTÚ pro pásmo 2,4 a 5 GHz Jak všichni zajisté dobře víme, žijeme v zemi, kde se jakákoliv činnost setkává s různými způsoby regulace, limity atd. Ne jinak je tomu i v provozování Wi-Fi zařízení v pásmech 2,4 GHz a 5 GHz. Dá se říci, že limity pro Wi-Fi jsou poměrně přísné, ale díky tomu, že jsou, je možné vůbec tuto technologii provozovat. Hlavně ve městech by nebylo možné bez dodržování limitů fungovat, podmínkou ovšem je, aby je dodržovali všichni, což je opět skoro nemožné. Bohužel níže uvedený postup se v praxi nepoužívá a antény se dimenzují většinou dle zkušenosti v tom lepším případě. Většina provozovatelů ale nedělá ani to a regulaci vůbec neřeší. Pokud v dané lokalitě nastane příliš velké rušení a nedaří se dohoda s tím, kdo prostor zarušil (platí zde právo prvního v lokalitě), je zde poslední příležitost ke sjednání pořádku. Tou je Český telekomunikační úřad ČTÚ. Limity pro využívání volné frekvenčního pásma 2,4 GHz a 5 GHz stanoví ČTÚ ve všeobecném oprávnění č.: VO-R/12/ Veškeré případné nejasnosti pak řeší telekomunikační zákon č. 151/2006 Sb. ze dne Limity, které je nutno dodržovat a ČTÚ je může kdykoliv změřit, udává tabulka č. 6: 14

15 Tabulka č. 6: Limity ČTÚ pro frekvenční pásma 2,4 GHz a 5 GHz [11] Vysvětlivky : 2) ČSN ETSI EN Elektromagnetická kompatibilita a rádiové spektrum (ERM) Širokopásmové přenosové systémy. Zařízení pro přenos dat pracující v pásmu ISM 2,4 GHz a používající techniky modulace s rozprostřeným spektrem. ČSN ETSI EN širokopásmové rádiové zařízení přístupové sítě (BRAN) Vysokovýkonná RLAN 5 GHz Harmonizovaná EN pokrývající základní požadavky článku 3.2 Směrnice R&TTE. 4) Střední ekvivalentní izotropicky vyzářený výkon (e.i.r.p.) je výkon po dobu vysílání, který odpovídá nejvyššímu výkonu, pokud je použita regulace výkonu. 5) Použitím uvnitř budovy se rozumí jak použití uvnitř budovy, tak na místech podobných, například v letadle, kde stínění zpravidla poskytne potřebný útlum umožňující sdílení s jinými službami. Pro to, aby bylo vše legální a bez problému prošlo případnou kontrolou ČTÚ, je potřeba dodržet ještě několik následujícího parametrů a podmínek: 1) U stanic v pásmu a systém s rozprostřeným spektrem, které využívají techniku přímé sekvence nebo modulaci OFDM 2, nesmí spektrální hustota e.i.r.p. 3 překročit hodnotu 20 dbw/1 MHz, přeskoku kmitočtu, nesmí spektrální hustota e.i.r.p. překročit hodnotu 10 dbw/100 khz. 2) U stanic v pásmech b až d je maximální střední spektrální hustota e.i.r.p. omezena následovně dle pásem: v pásmu b na 0,25 mw / 25 khz v libovolném 25 khz úseku, v pásmu c na 10 mw / MHz v libovolném 1 MHz úseku, v pásmu d na 50 mw / MHz v libovolném 1 MHz úseku. 3) Stanice musí dodržet maximální vyzářený výkon e.i.r.p. a maximální střední spektrální hustotu při libovolné kombinaci výstupního výkonu vysílače a použité antény. 4) Stanice nesmějí být provozovány s přídavnými zesilovači vysokofrekvenčního výkonu a s převaděči. 2 Tato metoda modulace spočívá v použití několika stovek až tisíců subnosných frekvencí. 3 Používá se k vyjádření intenzity rádiového záření vysílaného směrem, kterým je anténa (typicky směrová) namířena. Udává se ve wattech. 15

16 5) Stanice v pásmech c a d musí být vybaveny automatickou regulací výkonu, která průměrně poskytuje činitel potlačení rušení alespoň 3 db 4 oproti maximálnímu povolenému výstupnímu výkonu uvedených systémů. Není-li automatická regulace výkonu použita, snižuje se maximální povolený střední e.i.r.p. a odpovídající mez střední hustoty e.i.r.p. pro pásma c a d o 3 db. 6) Stanice v pásmech c a d využívají technologie potlačení rušení (mitigation techniques), které poskytují alespoň takovou míru ochrany, jako požadavky na detekci, provoz a odezvu popsané v normě EN , aby byl zajištěn provoz slučitelný se systémy rádiového určování. Technologie potlačení rušení musí vyrovnávat pravděpodobnost výběru konkrétního kanálu ze všech dostupných kanálů, aby se v průměru zajistilo rovnoměrné rozprostření zátěže spektra. 7) Stanice jsou provozovány na sdílených kmitočtech. 8) Provoz stanice nemá zajištěnu ochranu proti rušení způsobenému vysílacími rádiovými stanicemi jiné radiokomunikační služby provozovanými na základě individuálního oprávnění k využívání rádiových kmitočtů nebo jinými stanicemi pro širokopásmový přenos dat na principu rozprostřeného spektra nebo OFDM. Případné rušení řeší fyzické a právnické osoby vzájemnou dohodou. Nedohodnou-li se, postupuje se podle 100 telekomunikačního zákona, případně zastaví provoz ten uživatel, který uvedl do provozu stanici způsobující rušení později. 9) Stanice nesmí být elektricky ani mechanicky měněna. Po splnění výše uvedených podmínek a pravidel se nemusíme bát a zařízení lze v limitech legálně provozovat. Proto je důležité před stavbou každého nového vysílače či páteřní trasy propočítat hodnoty a podle nich na zařízení nastavit regulaci výstupního výkonu. U klientských sad se výkon standardně počítá odhadem s mírnou rezervou. Zde je dán pevně výkon vysílacího zařízení, délka kabelu a zisk antény. Není problém výkon dopočítat. Na vysílačích je doporučeno mít výpočet přesný, případná kontrola ČTÚ bere na písemný výpočet ohled, což mám ověřeno vlastní zkušeností při kontrole od ČTÚ. 4 Decibel je obecné měřítko podílu dvou hodnot, které se používá v mnoha oborech. Jedná se o fyzikálně bezrozměrnou míru. Jednotka byla vytvořená v roce 1923 inženýry Bellových laboratoří původně sloužila k udávání útlumu telefonního vedení. Například pokles (útlum) o 3 db u výkonu značí poloviční výkon, naopak zisk (zesílení) o 3 db je dvojnásobný výkon (pozor, pro jiné veličiny jako např. napěťový přenos toto nemusí platit) [39] 16

17 3.3.1 Výpočet regulace obecný postup Před začátkem samotného výpočtu si je potřeba zjistit, jaké použijeme antény a zařízení, a k nim si sehnat specifikaci od výrobce. Jako nejlepší je vyjít z datasheetu výrobce, který pak přiložíme k výslednému výpočtu regulace. Pokud známe vlastnosti a parametry vysílací antény, musíme si zjistit délku a typ použitého kabelu, jeho útlum. Poté už jen spočítáme konektory použité na kabelovém svodu a počet bleskojistek. Pokud je pro připojení k vysílacímu zařízení použit kupovaný pigtail, zjistíme si hodnotu jeho útlumu. Dále pak postupujeme podle následujícího vzorečku. Vztah pro výpočet vysílaného výkonu bez uplatnění regulace: XdBi = A B + C Kde: XdBi celková hustota vyzářeného výkonu v dbm A vyzařovaný výkon zařízení na konektoru v dbm B útlum použitého koaxiálního kabelu dané délky, bleskojistky a konektorů v dbm C zisk vysílací antény v dbi Vztah pro převod hodnoty v dbm na mw e.i.r.p.: [15] XmW = 10 dbm/10 Kde: XmW celková hustota vyzářeného výkonu v mw e.i.r.p Nyní již víme jaký výkon skutečně vyzařuje počítaná anténní soustava. Pokud jsme se vešli do hodnoty stanovených ČTÚ, nemusíme již dále nic počítat a regulace nemusí být zapnuta, jelikož se zařízení i s plným výkonem na vysílací kartě vejde do limitů pro pásmo 2,4 GHz a nebo 5 GHz. Podle těchto dvou vztahů by se měla počítat hodnota výkonu pro každou instalaci. Jelikož je výpočet velmi jednoduchý a lze jej provést i z hlavy, doporučuji jej provádět i při instalaci domácích klientů. Při výpočtu můžeme i zaokrouhlovat, jelikož ČTÚ bere při svém měření (z vlastní zkušenosti) toleranci ± 3 decibely. Je ovšem velmi pravděpodobné, že se do limitů nevejdeme a musíme přistoupit pro výpočet k nastavení regulace výkonu na vysílacím zařízení. Při výpočtu budu využívat do vzorečků hodnot pro minipci modul CM9 od firmy Atheros. Při použití jiného vysílacího zařízení je potřeba hodnoty upravit dle specifikace použitého zařízení. 17

18 3.3.2 Praktický výpočet regulace výkonu pro pásmo 2,4 GHz Výpočet nastavení regulace pro pásmo 2,4 GHz si ukážeme na modelovém příkladu: Potřebujeme postavit vysílač, který má vykrýt prostor v rozmezí přibližně 120. Zvolíme si proto osvědčený vysílací sektor o záběru 120 amerického výrobce Maxrad se ziskem 15 dbi. Tato anténa bude umístěna na kabelovém svodu dlouhém 6m, použitý kabel Belden H1000 s útlumem 0,22 dbm / m pro pásmo 2,4 GHz. Samozřejmě je použita bleskojistka a kupovaný pigtail o délce 30 cm a útlumu 1 dbm.výpočet provedeme následovně: 1) Spočítáme si zisk nainstalované soustavy. Vycházíme z hodnot udávaných výrobci. Anténa má pochopitelně kladný zisk, pasivní prvky (kabel, bleskojistka, pigtail) zisk soustavy snižují svým útlumem, proto mají záporné hodnoty: Anténa: Směrová profi anténa PW pro 2,4GHz: +15dBi Kabel: Belden H1000 ( db / metr ) => 6 x -0.22dB = -1,32dBm Další pasivní prvky: N konektor: -0,5db - 2x = -1dBm Pigtail (N konektor + RSMA konektor): -1dBm Zkratová bleskojistka: -0,5dBm Výpočet: 15-1, ,5 = 11,18dBm Zisk soustavy (ZS) je 11,18dBm. 2) Dále pokračujeme výpočtem s ohledem na použité vysílací zařízení a hodnoty udávané jeho výrobcem. Spočítáme si výkon soustavy bez regulace a následně i potřebnou hodnotu pro regulaci výkonu zařízení, tak abychom dodrželi podmínky ČTÚ: Použité bezdrátové zařízení: Atheros AR5213 minipci CM9 card Výkonová hustota (VH) zařízení bez nastavení regulace: Udává jí výrobce zařízení, je vždy mírně odlišná podle použité frekvence na vysílání. Pro toto zařízení dle výrobce 18 dbm pro pásmo 2,4 GHz. Viz. příloha č.3. Celkovou výkonovou hustotu soustavy bez regulace spočítáme jako součet ZS a VH: 11, = 29,18 dbm Výpočet regulace výkonu: Maximální povolený vysílací výkon pro pásmo 2,4 GHz, je 100mW, což je 20 dbm. Vždy musí dle normy platit: ZS + VH =< 20 dbm a z toho plyne: REG = 29,18 20 = 9,18 dbm (vždy zaokrouhlíme na celé jednotky nahoru) = 10 dbm Hodnota nastavení regulace v zařízení bude = 10 dbm Nakonec si pro kontrolu vypočteme, kolik činí výkon zařízení po nastavení regulace (VR): VR = VH REG = = 8 dbm Ověření: 11,18dBm (ZS) + 8dBm (VR) = 19,18dBm 79,43mW EIRP Je tedy splněno, že celkový vyzářený výkon <= 100mW EIRP 18

19 3.3.3 Praktický výpočet regulace výkonu pro pásmo 5 GHz Výpočet regulace zařízení pro pásmo 5 GHz, je jen mírně odlišný od výpočtu pro pásmo 2,4 GHz. Je zde velmi důležité dosadit správnou spektrální hustotu podle použitého vysílacího kanálu, viz tabulka úvodem kapitoly. Výpočet nastavení regulace pro pásmo 5 GHz si opět ukážeme na příkladu: Potřebujeme postavit směrový spoj do nové lokality na vzdálenost přibližně 4 km. Zvolíme si proto osvědčenou parabolickou anténu českého výrobce PRO 24 se ziskem 24 dbi. Tato anténa bude umístěna na kabelovém svodu dlouhém 1m, použitý kabel Belden Nordix RF240 s útlumem 0,62 db / m pro pásmo 5 GHz. Samozřejmě je použita bleskojistka a kupovaný pigtail o délce 30 cm a útlumu 1 db. Anténa: PW 5,4GHz: +24 dbi Kabel: Nordix RF240: db / metr: 1m = -0,62dBm Další pasivní prvky: N konektor: -0,5db - 2x = -1dBm Pigtail (N konektor + RSMA konektor): -1dBm Zkratová bleskojistka: -0,3dBm Výpočet: 24-0, ,3 = 21,08dBm Zisk soustavy (ZS) je 21,08 dbm. Po výpočtu zisku celé antény soustavy můžeme pokračovat dále. Stejně jako v předcházejícím případě se neobejdeme bez technické specifikace vlastností od výrobce připojeného zařízeni. Bezdrátové zařízení: Atheros AR5213 minipci CM9 card Výkonová hustota (VH) zařízení bez nastavení regulace: Udává jí výrobce zařízení, je vždy mírně odlišná podle použité frekvence na vysílání. Pro toto zařízení dle výrobce 13 až 17 dbm pro pásmo 5 GHz, viz. příloha č.3. Celkovou výkonovou hustotu soustavy bez regulace spočítáme jako součet ZS a VH: 21, = 38,08 dbm Výpočet regulace výkonu: Maximální povolený vysílací výkon pro pásmo 5 GHz, je 1W, což je 30 dbm. Vždy musí dle normy platit: ZS + VH =< 30 dbm a z toho plyne: REG = 38,08 30 = 8,08 dbm (vždy zaokrouhlíme na celé jednotky nahoru) = 9 dbm Hodnota nastavení regulace v zařízení bude = 9 dbm Nakonec si pro kontrolu vypočteme, kolik bude zařízení vysílat po nastavení regulace (VR): VR = VH REG = 17 9 = 8 dbm Ověření: 21,08dB (ZS) + 8dB (VR) = 29,08dB 794,33mW EIRP Je tedy splněno, že celkový vyzářený výkon <= 1W EIRP 19

20 4 Nejpoužívanější bezdrátové spoje 4.1 Pásmo 2,4 a 5 GHz fenomén v ČR Pásma v oblasti 2,4 a 5 GHz patří mezi nejběžnější pásma pro využívání bezdrátových spojů. Tyto spoje fungují na základě standardu IEEE Uvedený standard obsahuje několik typů modulací pro zasílání rádiového signálu; všechny modulace používají stejný protokol. Přehled standardů IEEE uvádí následující tabulka. Tabulka č. 7: Přehled standardů IEEE [41] Název standardu Rok vydání Pásmo (GHz) Max. rychlost (Mbit/s) IEEE původní ,4 2 IEEE a IEEE b ,4 11 IEEE g ,4 54 IEEE n ,4 nebo IEEE y ,7 54 IEEE ac IEEE ad ,4; 5 a Nejrozšířenějším protokolem v pásmu 2,4 GHz je protokol b, známý pod komerčním názvem wi-fi. V porovnání s původním standardem má vyšší přenosovou rychlost (až 11 Mbit/s) a ve volném prostředí má dosah až 12 km. V následujících letech přibyly k tomuto standardu protokoly g a n. Protokol g dosahuje rychlosti až 54 Mbit/s, protokol n dosahuje rychlosti ještě vyšší a to až 600 Mbit/s. Tyto jsou ovšem náchylnější na rušení. V pásmu 5 GHz se používá jak starší protokol a, tak zároveň novější protokol n. Vyšší rychlosti dosahuje protokol n je to dáno tím, že tento protokol používá MIMO 5 technologii využívající více vysílacích a přijímacích antén Stručná historie a důvody rozvoje Pásma v oblasti 2,4 GHz a 5 GHz patří do kategorie volných pásem, tzn. jedná se o bezlicenční provoz. Prvním volným pásmem pro bezdrátové sítě v ČR bylo pásmo 2,4 GHz. Od září r uvolnil Český telekomunikační úřad další tři pásma na frekvenci 5 GHz. Pásmo na frekvenci ,5 MHz je v současné době stále velmi intenzivně využívané, přestože nabízí poměrně malou šířku pásma. Toto pásmo využívají jak bezdrátové 5 Multiple-input multiple-output (česky více vstupů více výstupů), je abstraktní matematický model pro multianténní komunikační systémy. Během posledních let se výrazněji používá MIMO technologie v oblasti rádiové komunikace pro významný nárůst datové propustnosti a dosahu při zachování šířky pásma a celkového výdeje vyzařovací energie. Obecně MIMO zefektivňuje spektrální využití rádiových systémů. [43] 20

21 sítě, tak i další zařízení, např. bluetooth, bezdrátové telefony, mikrovlnné trouby, atd. Pásmo na frekvenci 5 GHz nabízí vyšší rychlost a vyšší stabilitu připojení. Z tohoto důvodu tedy poskytovatelé internetových služeb nižší pásmo postupně opouštějí a přecházejí na pásma o vyšší frekvenci. Tím ovšem dochází k tomu, že i u vyšších pásem postupně dochází k zarušování. Mezi hlavní důvody rozvoje těchto pásem patří skutečnost, že bezlicenční provoz nepodléhá zpoplatnění. Ve volných pásmech neprobíhá ústřední plánování ani evidence jednotlivých spojů. Ovšem nevýhodou je, že Český telekomunikační úřad nezaručuje v těchto volných pásmech ochranu proti rušení od jiných spojů Problematika přeplnění volných pásem V současnosti jsou obě pásma stále hojně využívána, ačkoliv pro nové spoje jsou nejčastěji využívány vyšší frekvence. Trendem je rovněž přechod z nižšího pásma do pásma 5 GHz. Problém, kvůli kterému jedni uživatelé přecházejí z pásma 2,4 GHz, se tak přenáší do pásma 5 GHz. Z těchto důvodů dochází k rušení stále více spojů je provozováno na stejné frekvenci nebo ve stejné lokalitě na blízkých frekvencích. Standardy b a g používají pásmo 2,4 GHz. Proto mohou bezdrátové sítě využívající tohoto pásma být ovlivněny jinými zařízeními pracujícími ve stejném pásmu. Mohou interferovat např. s bezdrátovými telefony, bezdrátovými kamerami, mikrovlnnými troubami, s bluetooth nebo s dalšími zařízeními. Oproti tomu standard a využívá pásmo 5 GHz a není tedy ovlivněn zařízeními pracujícími v pásmu 2,4 GHz. Interference (rušení) se může projevovat např. těmito způsoby: spoj nefunguje, spoj funguje nedostatečně dochází např. k výpadkům či dalším problémům, spoj má nízkou propustnost, nevyhovující latence (vysoké hodnoty). Problémy s rušením tedy vznikají až při použití v reálném prostředí, kde působí více stanic. V těchto případech se protokoly jednotlivých stanic mohou k sobě chovat různými způsoby, dochází např. k interferenci. Protokoly se vzájemně ovlivňují to může vést k tomu, že vykazují problémy vyjmenované výše. V minulosti bylo rušení často způsobováno i amatérsky vyrobenými anténami. Ještě před několika lety, kdy se internetoví nadšenci pokoušeli s co nejnižšími náklady postavit první wi-fi sítě, byly k výrobě antén používány různé komponenty, neboť ceny profesionálních antén byly v tehdejší době poměrně vysoké oproti domácí výrobě. K výrobě antén se používaly např. plastové krabičky, novodurové trubky, plechovky od párků, atd. Předpokladem kvalitního spoje je především síla a kvalita přijímaného signálu. Pro správně fungující spoj je důležité, aby se zejména v první Fresnelově zóně nenacházely žádné překážky, které by funkčnost spoje ohrozily. Fresnelova zóna vymezuje oblast mezi jednotlivými anténami a má tvar elipsoidu. První zóna se nachází v polovině vzdáleností mezi anténami (tzn. v nejširším místě této zóny); přenáší se zde i nejvíce energie. V případě výskytu překážek v první Fresnelově zóně dochází k útlumu signálu či jeho odrazu. Kvalitu signálu mohou ovlivnit samozřejmě i další jevy, např. déšť, sníh, elektromagnetické záření z fotovoltaických elektráren apod. Může tedy docházet k situacím, že i když je signál dostatečný, spoj nefunguje dle našich představ. Hodnoty bezdrátových protokolů jsou uváděny za předpokladu nezarušeného prostředí. Je tedy snadné zjistit, jakých hodnot by teoreticky spoj měl dosahovat, jaká bude 21

22 teoreticky přenosová rychlost mezi jednotlivými spoji, jakou teoreticky nastavit modulační rychlost pro určitý signál, atd. V praxi je ovšem situace jiná a mnohem složitější. Odladění zarušeného spoje je možné provádět na dálku, tzn. oprávněná osoba se naloguje do daného zařízení, oskenuje využití pásma na daném anténním systému a provede přelazení na jiný vhodný kanál. Propustnost spoje lze snadno ověřit pomocí různých programů (velmi oblíbený a přitom přesný je bandwidth-test u systémů Mikrotik) a následně ji lze taktéž na dálku upravit. Podstatné je pokusit se nalézt zdroj rušení a snažit se jeho působení co nejvíce eliminovat (pokud je to ovšem možné), aby již dále neohrožoval funkčnost daného spoje. V opačném případě nezbývá než přeladit na jinou frekvenci, vyměnit antény na spoji za úzce směrové paraboly, které odstraní rušení z boků. Pokud není již jiné cesty, musí se spoj přezbrojit do jiného frekvenčního pásma Kontroly pásem od ČTÚ ČTÚ vykonává dle 113 zákona č. 127/2005 Sb., o elektronických komunikacích, prostřednictvím svých zaměstnanců (pověřených osob) státní kontrolu elektronických komunikací. Často se tak děje na základě udání od velké konkurence nebo pro rušení meteorologických radarů. Úřad kontroluje zejména plnění povinností a podmínek daných tímto zákonem a prováděcími předpisy; ČTÚ je rovněž oprávněn provádět kontroly využívání rádiových kmitočtů. Pověřené osoby se při kontrole prokazují průkazem k výkonu státní kontroly elektronických komunikací. Na průkazu jsou uvedeny základní identifikační údaje o jeho držiteli, evidenční číslo průkazu, datum vydání, podpis a funkce osoby, která průkaz vydala. Kontrolu rádiových kmitočtů provádějí pověřené osoby monitorováním těchto kmitočtů. Tímto způsobem ČTÚ ověřuje dodržování podmínek stanovených v přídělu rádiových kmitočtů v příslušném oprávnění k využívání rádiových kmitočtů. Monitorování kmitočtů bývá prováděno bez předchozího upozornění kontrolovaných subjektů. Kontrola využívání rádiových kmitočtů je prováděna monitorováním bez odposlechu a záznamu zpráv. Pověřené osoby se mohou seznamovat s obsahem zpráv pouze v případě, je-li to nezbytně nutné k identifikaci osob využívajících rádiové kmitočty. Zjistí-li ČTÚ, že kontrolovaný subjekt porušuje podmínky a povinnosti pro provozování rádiových kmitočtů, vyzve ho k odstranění zjištěných nedostatků ve lhůtě do jednoho měsíce. Při opakovaném porušování může být lhůta zkrácena; výjimečně může být naopak prodloužena. O odstranění zjištěných nedostatků kontrolovaný subjekt poté písemně informuje ČTÚ. Na základě vlastních zkušeností mohu potvrdit, že ČTÚ provádí kontroly poměrně často. Pověřené osoby kontrolují oprávněnost provozu vysílacích stanic monitorováním rádiového spektra pomocí monitorovacího vozu; k identifikaci komunikačního zařízení používají např. zařízení Mikrotik RB se spektrálním analyzátorem. ČTÚ tímto způsobem zjistí MAC adresu zařízení a frekvenci, kterou vysílací zařízení využívá. V případě zjištěných nedostatků (např. zařízení vysílá na nepovolené frekvenci) ČTÚ zjistí na základě zjištěných identifikačních údajů stanice provozovatele tohoto zařízení. Poté mu zašle výzvu k odstranění nedostatků, seznámení s protokolem a protokol. Vzor protokolu a vzor přílohy jsou uvedeny v přílohách č. 4 a 5. 22

23 Protokol obsahuje následující údaje: kontrolovaná osoba (název, sídlo, IČ, kontrole přítomen nebo telefonicky obeznámen), kontrola, tzn. místo, datum, čas zahájení kontroly a jejího ukončení, předmět kontroly, např. Oprávněnost provozu na určitém kmitočtu, kontrolní zjištění, tzn. popis zjištěných skutečností a vyhodnocení výsledků měření s uvedením nedostatků a označení právních předpisů, které byly porušeny, seznam dokladů a ostatních materiálů, o které se kontrolní zjištění opírá, jméno a příjmení kontrolované osoby (popř. osoby oprávněné), která byla s obsahem protokolu seznámena a poučena o právu podat námitky ve lhůtě do pěti dnů, datum převzetí protokolu s uvedením jména, příjmení a funkce osoby, která protokol převzala, popř. informaci o tom, že kontrolovaná osoba se odmítla s protokolem seznámit a protokol nepřevzala. Součástí protokolu je příloha o záznamu měření rádiového spektra. V ní je uvedeno místo, datum a čas měření, typ přístroje použitého při měření, identifikační údaje měřeného zařízení (frekvence a MAC adresa). Součástí může být i výřez z mapy s označením místa měřeného zařízení nebo graf se záznamem ze spektrálního analyzátoru se znázorněním frekvencí, na kterých zařízení vysílá. Na základě výzvy k odstranění zjištěných nedostatků má kontrolovaný subjekt povinnost zjištěné nedostatky odstranit ve lhůtě do jednoho měsíce a zároveň o tomto informovat ČTÚ. V opačném případě hrozí kontrolovanému subjektu dle zákona o elektronických komunikacích pokuta až do výše 2 mil. Kč. [47] Výše pokut nejsou veřejně přístupné, ale udělují se na spodní hranici. Pokutám se však dá bohužel pomocí odvolání různě vyhýbat, takže jejich efekt není moc patrný na situaci rušení, zejména ve městech. V našem městě bylo ČTÚ za poslední rok vícekrát, ale situace je stále stejná. V praxi dochází k situacím, kdy je vysílací stanice provozována v rozporu se všeobecným oprávněním, neboť zařízení i přes maximální snahu provozovatele pracuje na nesprávném kmitočtu. Jako příklad lze uvést situaci, kdy provoz zařízení v rádiové síti pracuje na frekvenci 5260 MHz a je veden mimo budovu, což je v nesouladu se všeobecným oprávněním č. VO-R/12/ K této situaci může např. docházet u starších zařízení od firmy Mikrotik. Přestože je karta na daném spoji od tohoto výrobce nastavena na mód autodetekce s přednastavenou normou pro Českou republiku, pracuje zařízení na frekvencích MHz, což nevyhovuje všeobecnému oprávnění. Tento výrobce bohužel ve svém software neumožňuje rozlišit umístění antény v budově či uvnitř budovy. V případě omezení autodetekce scanlistem trvá přeladění neúměrně dlouho a ve většině případů se vůbec nezdaří Budoucnost těchto pásem versus uvolněné frekvence po analogové TV Vzhledem k tomu, že volná pásma, budou v budoucnu stále hojně využívána, lze předpokládat, že z důvodu stále se zvyšující poptávky k nim v následujících letech přibudou další pásma. Uvolněné frekvence po analogovém televizním vysílání se zdají být nejjednodušší cestou. Ukončením analogového vysílání došlo k uvolnění vysílacích frekvencí, které disponují pro své fyzikální a technické parametry velkým potenciálem rychlosti. Na uvolněné frekvence po analogovém vysílání vypsal v červenci roku 2012 ČTÚ výběrové řízení pro udělení práv k využívání rádiových kmitočtů k zajištění veřejné komunikační sítě v pásmech 800 MHz, 1800 MHz a 2600 MHz. Hlavním cílem aukce je zajistit uživatelům služby vysokorychlostního mobilního internetu v nových sítích tzv. čtvrté generace. [24] Jak toto výběrové řízení ovlivní situaci na 23

24 českém trhu, bude zřejmé až po ukončení výběrového řízení. Termín ukončení aukce byl dle původního orientačního harmonogramu stanoven na listopad 2012, ale z rozhodnutí ČTÚ byl z důvodu dalšího zájmu účastníků aukce o nabízené kmitočty posunut. V době psaní této práce výběrové řízení nebylo ukončeno a došlo dokonce k odložení celé aukce. 4.2 Uvolnění pásma 10,5 GHz a spoje v něm Podmínky provozování přístrojů vztahující se na využívání rádiových kmitočtů v pásmu 10 GHz se řídí "Všeobecným oprávněním č. VO-R/14/ k využívání rádiových kmitočtů a k provozování zařízení v pásmu 10 GHz" vydaným Českým telekomunikačním úřadem s platností od 1. září 2005 (do tohoto data se řídilo generální licencí GL-14/R/2000). Původní generální licence prodlužovala platnost volného používání pásma 10GHz do roku Dne 1. září 2005 však vstoupilo v platnost toto Všeobecné oprávnění č. VO-R/14/ , které bylo vydáno bez časového omezení. Mezi nejdůležitější omezení v rámci tohoto všeobecného oprávnění patří to, že stanice musí být typu bod-bod (point-to-point) a výkon dodávaný stanicí do anténního napáječe může být maximálně 2 mw. Pásmo 10 GHz, které je vyloženě českou specialitou a je dnes nosnou infrastrukturou malých ISP (například na Slovensku je toto pásmo licencované, což působí velké problémy ISP působícím podél hranic, kde je oficiálně mnohakilometrová ochranná zóna a spoje by měly být hlášeny oboustranně na druhou stranu hranice). Základní zajímavostí je, že dané pásmo se dnes používá pouze v ČR, je stejně jako výše zmíněná pásma volné a provoz není nutné hlásit ČTÚ. Pásmo je kvalitativně rozdílné od pásem 2,4 a 5 GHz a to především použitou technologií, která nevychází z masově vyráběných zařízení (i když toto pravidlo bohužel začíná v ČR bořit společnost I4wifi a.s. s produktem PowerBridge M10 od výrobce UBIQUITI), ale je na stejné úrovni, jako profesionální spoje do licencovaných pásem s ohledem především na spolehlivost a kvalitu přenášených dat. Jsou konstruovány jako spoje bod-bod. Na rozdíl od Wi-Fi 6 jsou plně duplexní s nezávislým provozem v obou směrech. Pokud tedy Wi-Fi funguje jako klasická vysílačka, která v jeden moment buď přijímá nebo vysílá a musí se dělit o přenosový kanál s protější stranou, tak u spojů v pásmu 10 GHz vysílají obě strany neustále, ale na jiných frekvencích (tzv. duplexních kanálech) a každá strana má svůj nezávislý přijímač a vysílač. Hlavní výhodou je, že data se nikde nezdržují a rovnou bez čekání na svůj čas vyrážejí na druhou stranu. Lidově řečeno se potom spoje chovají tak, že data vycházející na druhém konci jsou ve stejné kvalitě jako když do spoje vchází. Přenosové rychlosti jednotlivých výrobců dnes dosahují od 16 Mbit do 200 Mbit. Zásadní překážkou pro masové nasazení spojů v pásmu 10 GHz byla a je především jejich cena a potom i zcela jiné požadavky na montáž a servis spojů. Cena jako limitující faktor potom dovoluje používat toto exkluzivní frekvenční pásmo s větší rozvahou a pochopením než klasicky používaná pásma 2,4 a 5 GHz. Spoje v pásmu 10 GHz jsou dodávány a konstruovány tak, aby i při vadné instalaci a nedodržení instalačních postupů neporušovaly žádné předpisy, a pokud jsou vadně nainstalované, tak ani většinou nefungují, nebo citelně omezí provoz okolních spojů, takže řešení na sebe nenechá dlouho čekat. Vědomě bezproblémově však zprovozní spoj jenom zkušený technik s odpovídajícími 6 V informatice je chápáno jako označení pro bezdrátové komunikace dle standardů IEEE

25 zkušenostmi. Z tohoto důvodu je rozumné při pořizování si tohoto typu spoje věnovat samotnému uvedení do provozu maximální pozornost a péči. Spoje v pásmu 10 GHz většinou pořizují firmy a poskytovatelé, pro které se stala prioritou kvalita poskytovaných služeb, a investice do těchto technologií jenom potvrzují jejich hluboké přesvědčení, že čím méně bude v síti nestabilních prvků, tím více úsilí budou moci investovat do zkvalitňování úrovně služeb. Koncoví zákazníci to pocítí především tak, že výpadky se minimalizují a internet běží plynule se stabilními odezvami. A to především proto, že tato profesionální zařízení jsou konstruovaná jako bezúdržbová s maximálním důrazem na spolehlivost. [27] Historicky nejstarším výrobcem spojů v pásmu 10,5 GHz byla firma KonWes, od které se následně vývojově odloučila firma Alcoma a Miracle (ten si začal vyrábět vlastní mikrovlnné části) a nakonec se odloučila firma SVM (SVM Microwaves). Dále se na trh dostaly ještě firmy Summit development (koncepčně vyšel z firmy Miracle) a firma KPE (nynější 1. anténní). Nyní, v roce 2013 se vyskytují na trhu tito výrobci: ATH systém s.r.o. spoje Waveform Alcoma a.s. Miracle spoje Orcave Summit Development 1. anténní Racom s.r.o. Stanice 10,5 GHz radioreléového (RR) spoje se většinou skládá z parabolické antény, která usměrňuje vysílaný paprsek směrem ke druhé stanici spoje, z vnější jednotky (přijímače/vysílače) a z vnitřní jednotky, která bývá již vybavena příslušným rozhraním pro připojení spoje do požadované komunikační infrastruktury. parabolické antény se používají většinou v průměrech 0,3 m, 0,6 m, 0,9 m, 1,2 m, 1,8m i větší a to v závislosti na požadované vzdálenosti přenosu, vysílacím výkonu, kapacitě přenosu, požadované kvalitě přenosu a případně dalších technických parametrech; mezi anténami obou stanic spoje musí být přímá optická viditelnost a vyzařované paprsky obou antén musí být velice přesně nasměrovány na přijímací plochy protějších antén spoje antény jsou tedy vybaveny zařízením pro přesné nastavení azimutu a elevace a fixaci tohoto nastavení vnější jednotky (často označované ODU outdoor unit) obsahují mikrovlnný vysílač a současně přijímač a další pomocné obvody, jsou umístěny buď integrovaně přímo zezadu na anténě (zvláště na malých anténách) nebo jsou připevněny zvlášť poblíž antény a s anténou jsou spojeny speciálním krátkým pružným nízkoztrátovým vlnovodem. S vnitřní jednotkou jsou ODU spojeny většinou jedním (někdy několika) koaxiálním kabelem, který obvykle může dosahovat délky 100 m i více, ODU nepotřebuje napájení a bývá napájena přímo po komunikačním koaxiálním kabelu vnitřní jednotky (často označované IDU indoor unit) obsahují kromě obvodů pro spolupráci s ODU již příslušná datová nebo telekomunikační rozhraní, která slouží pro připojení spoje k návazným systémům komunikační infrastruktury. Vnitřní jednotka většinou obsahuje i rozhraní pomocných nízkokapacitních a hovorových služebních kanálů a rozhraní pro připojení konfigurační konzole a místního nebo dálkového dohledu. IDU bývá napájena stejnosměrným napětím 48 V, případně střídaným 230 V. 25

26 Vývoj v posledních letech vedl výrobce k nové ekonomické koncepci, kdy je u některých řad spojů sdružena vnější a vnitřní jednotka do jediné a tato je umístěna přímo u anténního systému do zařízení, v žargonu nazýváno žehlička. Vnitřní jednotka v tomto případě odpadá úplně nebo je omezena již jen na sdružovač napájecího napětí a uživatelských dat, případně je vybavena přepěťovými ochranami 3. stupně. Uživatelská data jsou vedena datovým kabelem od vnější jednotky přímo k navazujícím aktivním prvkům (server, tel. ústředna, atd). Radioreléové spoje toho typu jsou v hojné míře nasazovány v městských aglomeracích jako ekonomické řešení tzv. poslední míle. Nejsou vhodné na exponované lokality, kde je zvýšené riziko přímého úderu bleskem a kde je velká koncentrace dalších RR spojů. [27] Nejdůležitějším krokem při návrhu mikrovlnného spoje je určení správné rezervy na únik (fade margin). Je-li rezerva příliš malá, bude spoj nestabilní a ve výsledku nebude možno zaručit dostatečnou dostupnost spoje a kvalitu poskytovaných služeb. Na druhé straně rezerva zbytečně velká prodraží spoj (vyšší výkon, větší a dražší antény) a zvedne náklady na zřízení mikrovlnné linky. Kromě útlumu při šíření volným prostorem patří mezi dva nejvýznamnější typy útlumu, útlum způsobený deštěm a útlum vícecestným šířením. Vzájemný vztah mezi útlumem způsobeným deštěm a útlumem vícecestným šířením vylučuje možnost, že spoj bude ovlivněn oběma útlumy současně tyto typy útlumu se nesčítají. Pro určení rezervy na únik je nutno vypočítat útlum způsobený deštěm i vícecestný útlum. Větší z nich pak určuje rezervu na únik. V oblastech s vysokými srážkami bude významnější útlum způsobený deštěm. Naopak linka v suché oblasti s malým sklonem paprsku bude více trpět vícecestným šířením. 1. Útlum při šíření volným prostorem Při šíření elektromagnetické vlny volným prostorem dochází k jejímu tlumení. Tento útlum se popisuje jako útlum šíření volným prostorem (FSL - Free-space Loss, udává se v jednotce db). Útlum závisí na délce trasy, po které se signál šíří a na frekvenci signálu. Pro oba parametry platí přímá úměra. Větší vzdálenost > větší útlum, vyšší frekvence > větší útlum. Útlum šíření volným prostorem lze vypočítat tímto vztahem: kde: f - frekvence vysílaného signálu [MHz] D - délka trasy spoje [km] FSL = 32, log f + 20 log D 26

27 2. Útlum způsobený deštěm Srážky v různých místech světa se liší, proto Mezinárodní telekomunikační unie (ITU) vydala doporučení (Rec. ITU-R PN.837-1), které rozlišuje 15 oblastí podle intenzity srážek viz obrázek č.4: Obrázek 4 - Mapa dešťových zón (dle Rec.ITU-R PN.837-1) [30] V oblastech s vyššími srážkami je třeba očekávat vyšší útlum způsobený deštěm a musí být dodržena vyšší rezerva na únik. Útlum způsobený deštěm se vyznačuje těmito vlastnostmi: Narůstá exponenciálně s intenzitou deště Zvětšuje se podstatně s délkou linky (>10 km) Horizontální polarizace vykazuje větší útlum způsobený deštěm než vertikální polarizace Výpadky způsobené deštěm dramaticky narůstají s kmitočtem Útlum způsobený deštěm lze vypočítat pomocí modelu ITU-R outage následovně : Zjistíme intenzitu srážek R 0.01 dosaženou po 0,01 procent času (s integračním časem 1 minuta). Hodnoty R 0.01 jsou definovány pro 15 dešťových zón a pro různá procenta času a jsou k dispozici v ITU-R doporučení P.837, viz tabulka č. 8 : 27

28 Tabulka č. 8: Intenzita srážek R (mm/h) ITU-R P.837 [30] Procent z času (%) A B C D E F G H J K L M N P Q 1.0 < Vypočteme specifický útlum γ R (db/km) pro kmitočet, polarizaci a intenzitu srážek podle ITU-R doporučení P.838. Specifický útlum pro R 0.01 vypočteme takto: kde: γ R0.01 = k h,v.r 0.01 αh,v k h,v, α h,v jsou konstanty pro horizontální a vertikální polarizaci. Konstanty jsou mírně odlišné pro každou polarizaci. Pro pásmo 10 GHz jsou uvedeny v tabulce X, viz. ITU-R P.838 Konstanty k, α pro horizontální a vertikální polarizaci při 10 GHz : K h α h k v α v Jak je patrno z obrázku č. 5, útlum deštěm je větší pro horizontální polarizaci. Tento rozdíl je významnější v oblastech s vyššími srážkami. Proto při návrhu spoje v prostředí s vysokými srážkami (oblasti K až Q) je téměř nezbytné použít vertikální polarizaci a dostatečnou rezervu na únik. [30] Obrázek 5 - Útlum způsobený deštěm pro H, V polarizaci a dešťové zóny pro 10 GHz [30] 28

29 3. Vícecestné šíření Vícecestné šíření je další významný mechanismus zeslabování signálu na kmitočtu 10 GHz. Odražené vlny způsobují zeslabování, zvané multipath, což znamená, že rádiový signál může dosáhnout přijímače různými cestami. Útlum nastane typicky tehdy, když odražená vlna dosáhne přijímače současně s přímou vlnou, avšak v opačné fázi. Vícecestným šířením vznikají dva druhy útlumu, to je plochý útlum a kmitočtově závislý útlum. Plochý útlum je takové zeslabení signálu, kde všechny kmitočty v použitém pásmu jsou ovlivněny stejně a útlum závisí na délce spoje, kmitočtu a sklonu linky. Dále má významný vliv geoklimatický faktor K. Pro výpočet pravděpodobnosti výpadku mikrovlnného spoje v pásmu 10 GHz vlivem vícecestného šíření můžeme použít pravděpodobnostní model ITU-R. Ten popisuje rozložení útlumu při jednom kmitočtu nebo při úzkém pásmu vhodné pro velké útlumy A v nejhorším průměrném měsíci v kterékoli části světa (založeno na ITU-R p ). Pro podrobný návrh spoje se používá vztah: kde: d - délka linky [km] F - kmitočet [GHz] h L - výška nižší antény nad terénem [m] A - zeslabení signálu fade depth [db] P 0 = Kd 3.2 (1+ ε P ) f h L -A/10 K - geoklimatický faktor podle vztahu : K = dN1 Hodnota dn1 je uváděna pro síť 1.5 zeměpisné šířky a délky v ITU-R doporučení P.453. Data jsou uváděna v tabulkové formě a jsou dostupná v Radiocommunication Bureau (BR). Z výšek antén h e, h r (metry nad úrovní moře) se počítá sklon paprsku ε P udávaný v jednotkách (mrad 7 ) podle vztahu: kde: d - délka linky [km] h r, h e - výšky antén nad úrovní moře [m] [30] V praxi se samozřejmě takto složité výpočty neprovádějí. Uvádím je zde pro pochopení problematiky a i toto by mělo jasně upozornit, že se jedná o pásmo, které by mělo být respektováno jako profesionální. Při realizaci spojů v pásmu 10,5 GHz se vždy ověří viditelnost a velikost Fresnelovy zóny a pro návrh antén a výkonů se použije software. Ten nabízí na webu každý z našich výrobců a jsou v něm již předdefinovány konstanty pro Českou republiku. 7 Jednotka vyjadřující sklon paprsku. 29

30 4. Fresnelova zóna Fresnelova zóna je jedním z nejdůležitějších jevů v oblasti rádiového přenosu a je nutné se s tímto pojmem také seznámit. Při budování bezdrátového spoje je zpravidla uváděno, že jednou z nutných podmínek je přímá viditelnost mezi přijímací a vysílací anténou. To však ale není podmínka plně postačující. Pro kvalitní přenos musí být volná (bez překážek) ještě právě tzv. Fresnelova zóna, tedy určitý prostor kolem spojnice (přímky) mezi vysílací a přijímací anténou. [46] Na délku má tvar elipsoidu, v příčném řezu pak tvar kruhu. Poloměr tohoto kruhu se mění po celé délce rádiového signálu a nejvyšší hodnota je uprostřed mezi anténami. Největší význam má 1. Fresnelova zóna (obrázek č. 6), protože právě v této zóně probíhá přenos prakticky celého rádiového signálu. Při realizaci každého spoje by se tudíž mělo vyvinout maximální úsilí k tomu, aby bylo volných alespoň 60 % uvedeného průměru zóny. Často stačí umístit anténu o kus výš, ale je nutno nezapomenout na fakt, že Fresnelova zóna má kruhový průřez, a že její limity tedy platí i do stran. [38] Obrázek 6 - Fresnelova zóna [30] Obecná rovnice pro výpočet poloměru první Fresnelovy zóny v bodě P mezi koncovými body spoje je: kde: F 1 - poloměr první Fresnelovy zóny [m] d 1 - vzdálenost bodu P od jednoho konce [m] d 2 - vzdálenost bodu P od druhého konce [m] λ - vlnová délka přenášeného signálu [m] 30

31 Poloměr každé Fresnelovy zóny je největší uprostřed linky a zužuje se k bodům, kde jsou umístěny antény. Pro praktické aplikace je často užitečné znát maximální poloměr první Fresnelovy zóny. Z výše uvedené rovnice může být odvozen zjednodušený vzorec pro výpočet maximálního poloměru: kde: r - max. poloměr první Fresnelovy zóny [m] ; zmenšením poloměru na 60 % dostaneme hodnoty uvedené v tabulce č.9, které vymezují prostor zvláště citlivý na přítomnost překážek D - celková délka spoje [km] f - kmitočet [GHz] Tabulka č. 9: 60 % první Fresnelovy zóny pro 10 GHz [30] Délka linky D Poloměr zóny r 0,5 km 1.16 m 1 km 1.64 m 2 km 2.32 m 4 km 3.28 m 6 km 4.02 m 8 km 4.64 m 10 km 5.19 m 15 km 6.35 m 20 km 7.33 m 50 km m 31

32 Příklady, které mohou v praxi nastat: Nesprávně provedená instalace. Ten, kdo antény instaloval, nezajistil jejich rádiovou viditelnost. Rádiové spojení nefunguje. Obrázek 7 - Nesprávně provedená instalace spoje (není viditelnost) [17] Nesprávně provedená instalace. Překážky v první Fresnelově zóně způsobují, že rádiové spojení není funkční. Obrázek 8 - Nesprávně provedená instalace spoje (překážky ve Fresnelově zóně) [17] Správně provedená instalace. V první Fresnelově zóně je zajištěna viditelnost antén a nejsou tam žádné překážky. Spojení bylo navázáno. Obrázek 9 - Správně provedená instalace spoje [17] 32

33 5. Několik zásad na plné využití kmitočtového spektra v pásmu 10,3 10,6 GHz a nasazování spojů - doporučení dle výrobce Alcoma s.r.o. Vysílané kmitočty obou zařízení - tzv. kanálové páry podle doporučení ČTÚ mají být laděné po řádku, s pevným doporučeným duplexním odstupem 182 MHz. Nikoliv křížem, jak je vidět na obr. č. 10. Ladění křížem znehodnocuje efektivní využití pásma a může být zdrojem rušení pro ostatní a naopak je vyšší pravděpodobnost, že bude zařízení samo rušeno. Pokud je lokace již tak silně znehodnocená neprofesionálním plánováním kmitočtů, požádejte výrobce spoje o konzultaci a návrh řešení. Obrázek 10 - Kmitočtová tabulka pro pásmo 10,3 10,6 GHz [29] 1. zásada pokud nasadíte spoj, který bude vysílat a přijímat křížem v kmitočtové tabulce, a nikoliv po řádce podle doporučení ČTÚ, a ještě navíc šíří pásma 28 MHz, nemusíte mít pro příště možnost přidat na sajtu další linky, anebo vás tam s takovým spojem ani nepustí. 2. zásada musíte si být jistý vlastnostmi spoje, který nasazujete. Jestliže nasadíte spoj, který se např. vlivem tepla sám přelaďuje a zasahuje šířkou pásma do ostatních kanálů, máte velký problém s rušením vlastních i cizích spojů. 3. zásada rekognoskujte důkladně kmitočtové pozadí na celou šíři pásma, nejen na jeho polovinu, pro kterou na mikrovlnné jednotce přijímač s 28 MHz filtrem. Vyhnete se tím problémům se zarušením na obsazeném sajtu. Dobře poslouží selektivní voltmetr s měřícím konvertorem. Pozor při výpočtu, měřící konvertor má svůj zisk a ten je třeba odečíst. Tam, kde nemůžete najít volný kanál pomocí trychtýřové antény, je vhodné použít otevřenou 65cm parabolu. Nespoléhejte se na v jednotkách vestavěné ukazatele přijímané úrovně, ty jsou dobré pouze na dosměrování antén. Důvod? Ukazují úroveň pouze té části spektra, na kterou mají přijímač. Rozhodně je nejlepší řešení domluvit se na používaných kmitočtech s ostatními na sajtu. 4. zásada zjistěte, zdali je z bodu na bod přímá viditelnost a jestli není narušena 1. Fresnelova zóna. Pokud je předmět narušující Fresnelovu zónu horizontálně, zvolte vertikální polarizaci a naopak. Objekt narušující Fresnelovu zónu v lepším případě signál pohltí a způsobí útlum, v horším signál uvnitř přijímaného signálu různě fázově i amplitudově znehodnocený. To může působit v praxi těžko zjistitelné poruchy přenosu. Vždy si buďte jistí, že jste nasměrovali paraboly na hlavní lalok vyzařovacího diagramu antény, nikoliv na její boční lalok. 5. zásada pokud dodržujete první dvě zásady, anebo pokud už jste poučení z předchozích nezdarů a pořídíte si spoj, který dokáže plně využít výhody 10 GHz pásma, 33

34 umožňuje ladění v kmitočtových párech podle doporučení ČTÚ a dokáže využít všechny kanály, tedy i kanály Pokud už máte několik parabol na sajtu, snažte se používat stejně kanálové páry, pokud je úhel rozevření parabol vzájemně větší než 6 při 65cm parabolách. Vyhýbejte se nasazování kanálů 2, respektive 2a. Radioamatéři často používají kanál 10,368 GHz a používají řádově větší vyzářené výkony. 6. zásada pokud plánujete nasazování na bod, na kterém bude viset více parabol a ještě navíc přibližně stejnými směry, budete potřebovat takový spoj, který dokáže vhodně zvoleným filtrem utlumit signál z opačné poloviny kmitočtového spektra tak, jak je znázorněno na obr. č. 11 [29]. Obrázek 11 - Kmitočtová tabulka v případě více parabol stejnými směry [29] Tyto zásady jsou napsány velice srozumitelně, a proto jsou v této práci převzaty od výrobce, jako doporučení, bez jakýchkoliv změn Spoje MicroLan Spoje Microlan dnes patří již do technického pravěku, hlavně z důvodu své omezené kapacity dané tím, že vývoj v tomto technologickém pojetí již nepokračoval a prosadily se spoje jiné koncepce Alcoma, Orcave apod. Spoj Microlan je i dnes hojně používán pro připojení poslední míle, zejména důležitějších firemních zákazníků, kteří požadují stabilitu, v čemž spoje vynikají, připojení a rychlost je pro ně dostatečná. Spoje Microlan je možno naladit dle použité modulace na rychlosti 2, 4, 8, 16, 21, 25 a 32 Mb. Tyto rychlosti jsou pro firemní zákazníky zcela dostatečné. Co se dá spojům vytknout jako nedostatek je nemožnost přeladitelnosti v rámci pásma 10 GHz. Každý spoj se dá pouze drobně odladit v daném rozmezí kanálového spektra. Je to dáno konstrukcí, kdy jsou použity rohy, které mají pevný kanálový filtr. Toto omezení (přelazení kanálů pouze fyzickou výměnou rohů na obou stranách) spoje vytlačilo z velkých měst spíše na okrajové lokality, kde je rušení v pásmu 10 GHz ještě malé. K instalaci spoje je nutný spektrální analyzátor, pro určení volného kanálu. 34

35 Obrázek 12 - Spoje MicroLan [14] Obrázek 13 - Modem MicroLan [14] Rohy spoje jsou dvoukanálové, pro každý směr Rx a Tx je použit kanál z půlky pásma 10,5 GHz, což bylo vysvětleno v práci dříve. Modem od spoje je propojen dvěma koaxiálními kabely o impendaci 50 ohmů a bez problémů lze modem umístit do rohů do vzdálenosti cca 20m i s tenkým kabelem. Modem lze umístit do venkovní vodotěsné skříně nebo do šasí uložené v racku. Tyto modemy nemají žádné webové rozhraní a veškeré nastavení se provádí přes telnet. Pokud je na modemu přidán dohledový čip, lze tak dělat přes síť (internet) vzdáleně ze strany spoje připojeného do sítě, odkud na něj přistupujeme. Pokud čip není osazen a starší typy pod 16 Mb ho měly jen sporadicky, konfigurace probíhá přes konzoli lokálně. Obrázek 14 - Modemy MicroLan v racku [14] Pro přiblížení vlastních praktických zkušeností s tímto spojem níže uvádím návod na zjištění zarušení spoje (pro větší názornost slouží obr. č. 15). Z návodu je jasně patrné, že spoj je na obsluhu náročnější. 35

36 1/ Po zalogování telnetem dojde k přihlášení na IP dohledový modul ( to platí u nových 34 Mb spojů, u starších dojde k přihlášení hned na modemu ) 2/ Napíšeme příkaz open modem a dostaneme se na modem. 3/ Napíšeme další příkaz sh st (show status) - z obrázku je patrné, kde musí byt 0 (tyto nuly naznačují, že na spoji nejsou chyby) 4/ Pokud by se chyby vyskytovali se třeba se přihlásit prostřednictvím loginu a hesla (bude tam # ) 5/ Pro vynulování počítadel je třeba napsat příkaz cle cou a pak opakovat příkaz sh st stále dokola Konfigurace těchto spojů bohužel neumí historii, proto je nutno stále opakovaně dokola jen psát a psát příkaz pro výpis konfigurace (obr. č. 15) Obrázek 15 - Zjištění zarušení spoje Microlan [14] 36

37 Vysvětlivky k obrázku č. 15: příkaz sh net zjistí, která zařízení jsou v síti. local = místo, kde jsem přihlášený a modem = protější strana. na protější stranu se přihlásíme příkazem login X ( kde X je číslo modemu ), zpět se odhlásíme příkazem logout (viz obrázek č. 15) správně napsaný příkaz vrátí OK, špatně napsaný zobrazí not valid frame (poslední řádek v obrázku) je rámcová chybovost Wan Rx err je samotná bitová chybovost na WANu, tedy na samotném přenosu rádia V modemu je sice integrovaný BER tester pro testování chyb, ale rychlost by se musela ponížit o jeden kanál, tedy o cca 4 Mb, aby se nechalo provést měření, přičemž ale vyčítání ze statistiky sh st bohatě v praxi postačuje. K dispozici jsou u spoje samozřejmě i další příkazy, přičemž jistou výhodou u spojů Microlan je i skutečnost, že pokud by se při psaní příkazů zadal nějaký špatný příkaz (došlo by k překlepu či zadání právě nepotřebného příkazu), tak se vše po 5 minutách vrátí k posledně uložené konfiguraci. Zároveň je rádiová jednotka sama schopna se po 5 minutách restartovat za těchto podmínek: nedostává z protější strany hodnotu signálu AGC 8 alespoň 2V, ne nižší frame ( poslední řádek výpisu) je loss ( pokud rádio funguje, je tam OK ) Pro bližší představu omezených možností nastavení spoje vypisuji obsah možného nastavení: Help se vyvolá prostřednictvím? a další možné příkazy uvádí tabulka č. 10: Tabulka č. 10 Příkazy pro spoje MicroLan [14] set show clear write run reset login logout ena exit ber conf event status sys info net type vlan ok Z výše uvedeného je pochopitelné, že spoje již v dnešním konkurenčním provozu nejsou prodejné, i když stále využívané Současné spoje Alcoma, Orcave Spoje Alcoma a Orcave se řadí mezi průkopníky moderních 10 GHz spojů. Oba typy spojů lze považovat za velmi kvalitní, značně používané u ISP a jsou hodnoceny co do spolehlivosti jako velmi dobré, přičemž mají výhodný poměr ceny a výkonu. Spoje Alcoma jsou využívány jak na kratší, tak i delší vzdálenosti, zatímco spoje Orcave mají větší zastoupení na kratších trasách. Oba typy spojů jsou využívány nejen pro ethernetové páteřní 8 Automatic Gain Controll je síla přijímaného signálu pro BER [34] 37

38 sítě, ale i při propojení dvou lokalit s přímou viditelností ( point-to-point ), kde je kladen důraz na maximální spolehlivost a kapacitu propojení. Nejvyužívanějším nynějším spojem od firmy Alcoma a.s. je spoj typu MP. Jedná se o ODU Only technologii (bez vnitřní jednotky), což umožňuje kompaktní a jednoduché připojení celého spoje k parabole. Spoj disponuje IPTV friendly rozhraním pro přenos multimediálních aplikací a smíšeného provozu, ochranou proti přepětí v ODU jednotce a vnitřní svorkovnici a též je dostupný pokročilý dohledový systém s ovládáním všech prvků v síti z jednoho bodu a nástroji pro snadnou správu, konfiguraci a analýzu. Jedinou možnou drobnou nevýhodou spoje Alcoma je nutnost instalování programu ASD dohledový systém na počítač či server, z kterého chceme spoj řídit a spravovat. Program je zdarma dostupných na webových stránkách výrobce. Pro představu o prostředí zmíněného programu může sloužit obrázek, kde je zachyceno zobrazení spektrální analýzy spoje, které má tento spoj již dobře propracované. Obrázek 16 - Prostředí programu ASD dohledový systém [14] Podrobnější technická charakteristika spoje je zachycena v příloze č. 6. Stejný princip obsluhy mají u výrobce Alcoma i spoje v jiných pásmech, což je velice příjemné řešení. V současnosti se také díky poklesu cen pojítek začalo používat i volné pásmo 17GHz a 24 GHz. Zde se dá právě za předního prodejce považovat společnost Alcoma se svými pojítky řady MP. I volné pásmo 80 GHz si získává své místo jména díky spoji AL80GE, který je vhodnou alternativou k optické síti v městech, kde je její realizace příliš nákladná či nemožná. 38

39 Firma Orcave má na současném trhu největší zastoupení prostřednictvím spoje ORCAVE 1S10. Jedná se o spoj, jehož terminál tvoří pouze venkovní jednotka, která obsahuje jak radiovou část, tak i část datových rozhraní. Fyzicky se jedná o hliníkový odlitek s celkovou hmotností 5 kg, který se přes adaptační člen připevňuje přímo na přírubu antény. Po jednoduchém nasunutí jednotky na anténu se fixace dosáhne dotažením 4 šroubů. Z toho lze usuzovat též na poměrně jednoduchou instalaci spoje. Oproti spoji Alcoma má spoj Orcave realizován dohledový systém formou web klienta a dovoluje tak nastavení všech podstatných přenosových parametrů přes webové rozhraní bez nutnosti instalace jakéhokoliv programu. Prostředí webového klienta zachycuje obrázek. Obrázek 17 - Webový klient pro správu spoje Orcave [14] Bližší technická specifikace spoje Orcave 1S10 je k dispozici v příloze č Stále málo kapacity (polarizační výhybky a sdružování kapacit) Jelikož jsou kapacity rádioreléových spojů omezeny kmitočtovým plánováním koordinačního úřadu (Český telekomunikační úřad) a jsou nastaveny bariéry ve smyslu šířky kanálu a vysílacího výkonu je nutno s těmito omezeními počítat a navrhovat linky s větší kapacitou jako vícenásobné spoje (využívají se vyšší kombinace jako 2+0, 3+0 či 4+0). Jako praktické, elegantní a poměrně jednoduché řešení je k tomuto účelu využíván systém polarizačních výhybek (polarizačních duplexerů) uplatňuje se zejména u spojů v pásmech 10 a 11 GHz. Princip spočívá v tom, že dvě rádiové trasy jsou připojeny do jedné paraboly, kdy dojde ke kompaktnímu připojení rádiové jednotky ODU a druhé jednotky ODU ohebným vlnovodem. Polarizační výhybka pracuje na principu sloučení dvou signálů, které jsou vzájemně otočené o 90. Jeden signál je tedy orientován s horizontální a druhý s vertikální polarizací (obr. č. 18). Tato skutečnost zajišťuje dostatečný výkonový odstup obou signálů a nedochází k jejich vzájemnému rušení, a to i při provozu na stejných rádiových kanálech. 39

40 Obrázek 18 - Schéma spoje a s polarizační výhybkou [32] Pro bližší představu o vzhledu samotné polarizační výhybky a tohoto typu spoje přikládám na tomto místě obrázky č. 19 a 20. Obrázek 19 - Spoj s polarizační výhybkou [31] Obrázek 20 - Polarizační výhybka [2] 40

41 5 Licencovaná pásma 5.1 Důležité vlastnosti Při výběru a realizaci radioreléových spojů je nutno mít na zřeteli i pojmy kvalita přenosu, spolehlivost spoje a bezpečnost provozu. Je třeba je přesně definovat a jednoznačně mezi nimi rozlišovat. Tyto pojmy se používají a jsou důležité i v pásmu 10 GHz, ale v licencovaných pásmech se na ně nesmí opomínat. Přeci jen v těchto pásmech se staví důležité páteřní linky. A. Kvalita přenosu Kvalita přenosu radioreléového spoje je vyjádřena dobou, po kterou spoj vykazuje určitou bitovou chybovost BER (Bit Error Ratio, obvykle je na úrovni 10-3 a 10-6) a dobou, po kterou je spoj vyřazen z provozu, přičemž se tato doba se obvykle vyjadřuje procentem času měsíce (nebo roku), po které bude spoj vykazovat danou chybovost nebo bude přerušen. Jako důležitou skutečnost je však také nutno vzít v úvahu, že z hlediska fyzikálních vlastností (principů) rádiového přenosu nelze zaručit u žádného radioreléového spoje to, aby pracoval 100 % bez určité míry chybovosti. Tato se bohužel reálně vyskytuje, je nutno s ní počítat a samozřejmě zajistit, aby nepřekračovala obvyklou míru u daného spoje. Chybovost spoje ovlivňuje mnoho faktorů, mezi něž můžeme zahrnout např. velikost rezervy na únik, délku spoje, reliéf terénu, klimatickou oblast, provozní kmitočtové pásmo, úroveň rušení, hydrometeorologické vlivy atd. Problematika chybovosti, jejího výpočtu a zjišťování je poměrně složitá. Pro běžné provozní účely stačí vědět, že podle úrovně chybovosti členíme spoje do tří stupňů HG (High Grade) pro mezinárodní spoje, MG (Medium Grade) pro spoje v národní síti a LG (Local Grade) pro přípojná vedení k účastníkovi. Nejpoužívanější stupeň MG se dále člení do 4 tříd X1 pro mezinárodní tranzity, X2 pro tranzitní spoje do 840 km, X3 pro spoje tranzituzel do 100 km a X4 pro uzlové spoje do 50 km. Zjednodušeně lze říci, že spoje s kapacitou 155 Mbitů/s a vyšší se obvykle budují v kvalitě X1 a X2, spoje s kapacitou do 34 Mbitů/s v kvalitě X3 a přípojné a méně významné spoje nxe1 lze budovat v kvalitě X4. Požadovaná kvalita spoje se zadává již při návrhu a je zřejmé, že požadovaná vyšší kvalita si vyžádá vyšší investice i případně provozní náklady (větší výkon, větší antény apod.). B. Spolehlivost spoje Spolehlivost spoje je určována především spolehlivostí využívaného typu spoje a dále spolehlivostí návazných zařízení (napájení, zálohovací zdroje apod.). Tento parametr se poměrně obtížně zjišťuje a vyhodnocuje a určitým vodítkem k tomu může být tzv. střední doba mezi poruchami, kterou často výrobci spojů udávají na základě vlastních statistických údajů. Protože však vypovídací hodnota těchto údajů je dosti diskutabilní, pro provozovatele spoje jsou zřejmě nejlepším vodítkem při výběru vhodného typu spoje reference jiných uživatelů a image značky výrobce. U žádného zařízení, zvláště takovéto složitosti nelze zaručit 100 % spolehlivost, ale dá se všeobecně konstatovat, že kvalita a spolehlivost většiny radioreléových spojů na našem trhu je velice vysoká a splňuje i velice vysoké požadavky provozovatelů. Toto je ovšem samozřejmě třeba podpořit například kvalitním zálohovacím napájecím zdrojem (zálohovací zdroj je vlastně neodmyslitelnou součástí radioreléových spojů) a kvalitně provedenou a zabezpečenou instalací v praxi se často stává, že většina výpadků provozu spojů je způsobena výpadkem napájení nebo cizím zásahem. 41

42 Existují samozřejmě aplikace, kde je třeba zajistit funkčnost přenosové cesty v každém případě a lze samozřejmě nalézt i několik vhodných způsobů pro zajištění nepřetržité funkčnosti komunikační trasy - i sami výrobci radioreléových spojů většinou poskytují několik způsobů řešení zálohování pro případ poruchy spoje nebo zhoršení podmínek na trase. V tomto ohledu je nejběžnějším pojmem konfigurace spoje 1+0 nebo 1+1. Konfigurace 1+0 znamená, že se jedná o pouze jeden spoj bez jakékoliv zálohy. Pokud provozovatel spoje neudá při poptávce konfiguraci zálohování, předpokládá se téměř automaticky, že požaduje spoj 1+0. Konfigurace 1+1 znamená, že určitá část spoje je zdvojena a v případě výpadku provozní části spoje dochází k automatickému přechodu na záložní část spoje. I při této konfiguraci zde již existuje několik možností zálohování (dvě ODU do jedné antény, dvě ODU + dvě antény, záskok na stejných kmitočtech nebo na odlišných kmitočtech atd.) a existují i složitější konfigurace s ještě vyšším zabezpečením. Mimo vlastních technických prostředků zálohování spojů je třeba samozřejmě zvážit i možnosti zálohování RR spojů redundantními spoji, kruhovou architekturou sítě, jinými přenosovými médii apod. Problematiku zálohování by měl řešit zkušený projektant dodavatelské organizace. C. Bezpečnost přenosu Bezpečnost přenosu je většinou definována jako odolnost proti neoprávněnému odposlechu přenášených signálů. U radioreléových spojů je určitá míra bezpečnosti zajištěna již vlastní technologií přenosu, jelikož signály jsou přenášeny po velice úzkém rádiovém paprsku mezi dvěma (často obtížně přístupnými) parabolickými anténami a již samo zachycení signálu mimo tento paprsek je dosti problematické. Některé spoje (zvláště typy point to multipoint), které obvykle používají antény s širokým vyzařovacím diagramem, mají již ve vlastní elektronice integrováno šifrování přenášených dat. V případě požadavku na vysokou míru zabezpečení přenášených informací se obvykle používají speciální vnější šifrovací zařízení, připojená na obou stranách spoje (trasy). [20] 5.2 Proč licencované spoje, využitelné frekvence v ČR V dnešní době je technologie Wi-Fi, využívající pásmo jak 2,4 GHz tak i 5 GHz na vrcholu své expanze. Tato pásma jsou uvolněna pro bezlicenční využití, což prakticky znamená, že na těchto frekvencích může v podstatě vysílat kdokoliv, kdekoliv a kdykoliv. Důsledkem tohoto však je především extrémní zarušení těchto pásem. Bohužel se však podobná situace může očekávat i u nyní méně využívaného volného pásma 10,5 GHz, jelikož v nedávné době byla Českým telekomunikačním úřadem schválena možnost využívání extrémně levného 10,5 GHz spoje Power Bridge M10. Tento spoj vyvolal rozporuplné názory mezi výrobci vysokokapacitních spojů i mezi lokálními ISP provozovateli. Ačkoliv i Český metrologický institut k tomuto spoji vydal stanovisko, že spoj ruší v okolních kanálech více než je povoleno, bylo zaznamenáno i rušení mimo pásmo a spoj také mírně překračuje povolený výkon, tudíž ohrožuje provoz ostatních spojů v 10 GHz pásmu, Český telekomunikační úřad navzdory tomu (opětovně) nijak nejednal a spoj je možno v ČR používat. Řešením nastalého rušení volných pásem je realizace bezdrátových datových spojů ve frekvenčních pásmech vyžadujících licenci. Český telekomunikační úřad, který licence v těchto pásmech spravuje a přiděluje se tak zároveň stává garantem omezeného využití spektra pouze jediným operátorem. Díky tomu na těchto spojích nedochází k rušení a poskytovatel spoje tak může zaručit vysokou garanci a kvalitu nabízených datových služeb. 42

43 Seznam licencovaných pásem: 3,5 GHz regulované pásmo určené pro datové a telekomunikační spoje převážně typu point-to-multipoint (lze ale i point-to-point). Toto pásmo je z větší části rozděleno mezi několik velkých poskytovatelů veřejných telekomunikačních služeb s celorepublikovou působností (FWA Fixed Wireless Access), kteří si samostatně v rámci své části pásma regulují kanálové využití. Omezeně lze část tohoto pásma přidělovat individuálně pro lokální ISP. Podmínkou přidělení kmitočtů je poskytování veřejných telekomunikačních služeb. 6 GHz regulované pásmo, určené pro RR spoje point-to-point zvláště s vysokými přenosovými kapacitami a na dlouhé vzdálenosti. Ve srovnání s ostatními regulovanými pásmy jsou v tomto pásmu nízké provozní poplatky ČTÚ. 7 GHz regulované pásmo, určené pro RR spoje point-to-point a to zvláště na velké vzdálenosti, z hlediska obsazení kanálů zde vzniká technické omezení pro realizaci spojů s vysokou přenosovou kapacitou 11 GHz regulované pásmo pro RR spoje point-to-point na střední a delší vzdálenosti a pro vyšší přenosové kapacity. Ve srovnání s ostatními regulovanými pásmy jsou v tomto pásmu nízké provozní poplatky ČTÚ 13 GHz regulované "univerzální" pásmo, určené pro RR spoje point-to-point 18 GHz regulované "univerzální" pásmo, určené pro RR spoje point-to-point 23 GHz regulované pásmo, určené pro RR spoje point-to-point a vhodné na střední a kratší vzdálenosti a vyšší přenosové kapacity 26 GHz je regulované pásmo, určené pro datové a telekomunikační spoje převážně point-tomultipoint (lze ale i point-to-point). Toto pásmo je z větší části rozděleno mezi několik velkých poskytovatelů veřejných telekomunikačních služeb s celorepublikovou působností (WLL Wireless Local Loop), kteří si budou samostatně regulovat kmitočtové příděly. Malá část pásma je k dispozici i pro RR spoje point-to-point pro kratší vzdálenosti 38 GHz je regulované pásmo, určené pro RR spoje point-to-point, vhodné zvláště pro kratší spoje např. v rámci města a pro vysokokapacitní spoje 40 GHz je regulované pásmo, určené převážně pro point-to-multipoint spoje s širokými možnostmi uplatnění (univerzální pásmo Multimedia Wireless Systems MWS) pro datové, telekomunikační, video smíšené aplikace Navržení realizace trasy licencovaného spoje je obdobná jako u spojů 10,5 GHz (viz. kapitola výše v práci). Jedná se zejména o dodržení přímé viditelnosti mezi přijímací a vysílací anténou a dodržení pravidel Fresnelovy zóny v zájmu toho, aby spoj fungoval správně tak, jak má. Výbornou pomůckou v ověření vzájemné přímé viditelnosti (zejména na delší vzdálenosti) je vytvoření si profilu terénu zamýšlené trasy (viz příloha č. 2 Profil terénu). Tento profil nám potvrdí/vyvrátí danou viditelnost a usnadní nám v tomto ohledu celou zamýšlenou výstavbu spoje. K realizaci licencovaného spoje je zapotřebí vypočítat si výkon daného spoje, stanovit kanál, na kterém bude spoj vysílat, celkovou kapacitu spoje a též frekvenci, v které bude spoj pracovat (odvíjí se od pořízeného spoje frekvence se nedá nahodile měnit). Co se týče stanovení kanálu, jedná se o tzv. šířku zabraného pásma, protože právě zabraná šířka pásma je regulačním orgánem zpoplatňována a poplatky jsou jí přímo úměrné. Přesněji řečeno, není zpoplatňována přímo šířka zabraného pásma, ale počet zabraných nebo 43

44 aspoň částečně zabraných standardních kanálů jednotného kmitočtového rastru, stanoveného ČTÚ pro každé kmitočtové pásmo (např. pokud spoj zabírá 3,5 kanálů rastru, poplatek je stanoven za 4 zabrané kanály rastru). [22] Na základě těchto údajů se následně podává k Českému telekomunikačnímu úřadu Žádost o individuální oprávnění. Za vydání rozhodnutí o individuálním oprávnění k využívání rádiových kmitočtů Český telekomunikační úřad dle zákona vybírá správní poplatky k individuálnímu oprávnění se pohybují v řádu několika tisíc korun. Po udělení individuálního oprávnění následně provozovatel spoje Českému telekomunikačnímu úřadu hradí poplatky za využívání rádiových kmitočtů na bankovní účet Úřadu. Jelikož přidělování nevyužitých kmitočtových kanálů je ústředně plánováno a je zpoplatňováno, má provozovatel spoje v tomto případě zajištěnu ochranu proti rušení, způsobenému provozem jiných spojů v dané lokalitě. Tímto však není dotčena skutečnost, že by provozovatel spoje měl současně zajištěnu i ochranu proti zastínění paprsku spoje novými stavbami apod. Tuto ochranu si lze plně zajistit pouze Územním rozhodnutím o ochranném pásmu, vydaném příslušným stavebním úřadem na základě žádosti provozovatele spoje. [22] Ceník poplatků za provoz radioreléových spojů prodělal v průběhu let několik změn, přičemž poslední verzi lze považovat za progresivní, jelikož zohledňuje potřebu šetření dnes již dosti omezeného nezabraného kmitočtového spektra a z hlediska výše cen je již na velice přijatelné úrovni. kde: Vzorec pro výpočet ročního poplatku za provoz RR spoje je následující: C = x K7 x K8 x K9 x K10 K7 - je celočíselný poměr zabrané šířky pásma k minimální šířce pásma rastru (kanálu) = počet zabraných kanálů K8 - je 0,8 pro pásma 3,5 15 GHz, je 0,6 pro pásma 15 až 25 GHz, je 0,5 pro pásma 25 až 35 GHz a 0,4 pro pásma 35 až 47 GHz K9 - nabývá hodnot 0,4 (do 10mW), 0,6 (do 100mW), 0,8 (do 1 W) vysílaného výkonu K10 - nabývá hodnoty 0,8 při použití systému řízení výstupního výkonu, jinak je 1 Ze vzorce je jasně patrné, že jedním z nejdůležitějších parametrů pro stanovení poplatku je šířka základního kmitočtového rastru v jednotlivých pásmech. Dále lez ze vzorce vypozorovat, že Český telekomunikační úřad jako regulační orgán "odměňuje" snížením poplatku spoje, které pracují ve vyšších kmitočtových pásmech (tam je k dispozici více kmitočtových intervalů), s vyspělým systémem řízení výkonu, s technologicky vyspělou modulací (menší šířka zabraného pásma) a samozřejmě s nízkým vysílacím výkonem. [21] Jako praktická ukázka výše absolutních poplatků mohou sloužit následující 3 typické příklady poplatků: a) Spoj 2xE1 (kapacity 4 Mbit/s) v pásmu 18 GHz, do 1 W, bez řízení výkonu A = x 1 x 0,6 x 0,8 x 1 = ,- Kč ročně a tedy 1.200,- Kč měsíčně b) Spoj E3+E1 (kapacity 34 Mbit/s) v pásmu 18 GHz, do 1 W, bez řízení výkonu B = x 6 x 0,6 x 0,8 x 1 = ,- Kč ročně a tedy 7.200,- Kč měsíčně c) Spoj STM-1 (kapacity Mbit/s) v pásmu 18 GHz, do 1 W, s řízeným výkonem C = x 6 x 0,6 x 0,8 x 0,8 = ,- Kč ročně a tedy 5.760,- Kč měsíčně [21] 44

45 5.3 Spoje výrobce ATH system s.r.o. Firma ATH system s.r.o. ve svém portfoliu nabízí licencované spoje pod označení Waveform. S tímto typem spoje v licencovaném pásmu mám ze své praxe praktické zkušenosti, proto jsem si tento spoj zvolil pro bližší charakteristiku. Digitální datové pojítko WAVEFORM je vysokorychlostní point-to-point radiový systém, umožňující přenos jednoho nebo několika datových kanálů po jednom mikrovlnném spoji. Systém je určen pro licencovaná frekvenční pásma od 7 GHz do 38 GHz s datovou rychlostí 8 Mbit/s (standard E2) nebo 34 Mbit/s (standard E3) či 155 Mbit/s (standart STM-1) a dosahem až 60 km. Pro překonání větších vzdáleností systém umožňuje retranslace. Lze jej použít nejen pro instalace typu 1+0, ale i pro instalace typu 1+1 a 2+0. Hlavní předností tohoto systému je možnost přizpůsobit jeho funkci specifickým požadavkům uživatelů především s ohledem na množství použitých rozhraní, protokolovou nezávislost a variabilitu nastavení. Spoj Waveform, stejně jako většina profesionálních licencovaných spojů se skládá z ODU (venkovní) a IDU (vnitřní) jednotky. Je tomu zejména z důvodu zajištění vyšší stability spoje a i z důvodu rychlejšího servisního zásahu v případě nějaké poruchy vymění se buď IDU nebo ODU, nemusí se sundávat celý spoj, jako by tomu bylo jen v případě full outdoorového řešení. Základní charakteristiky spoje jsou obdobné jiným spojům zde můžeme uvést zejména nastavitelnou modulaci (QPSK, 16QAM, 32QAM, 64QAM, 128QAM), nastavitelný výkon -3 až +3 dbm, dopřednou korekci dat (FEC), integrovaný Fast & Gigabit Ethernet port, podporu VLAN (802.1Q/port based), podporu QoS vícefrontový systém, plně softwarově konfigurovatelnou IDU, velké množství systémových a Ethernet čítačů či možnost volitelného dohledu na bázi WWW, SNMP, TELNET. Spoje Waveform mají však též své specifické vlastnosti, čímž se odlišují od ostatních spojů. Jako tyto vlastnosti můžeme uvést: dynamické přiřazování kapacity v závislosti na aktuálně nastavené modulaci a prioritě přenášených dat (PBPS - Packet Based Priority System), systém adaptivní modulace, možnost asymetrického provozu, neboli možnost jiného nastavení modulací pro upload a download směr, on-line komprese Ethernet paketů s účinností až 25 %, dva USB porty praktické pro připojení USB-Flash disku nebo dohledového PC, NAT, ProxyARP podpora pro efektivní nastavení IP dohledu, testovací IP utility ping a telnet integrované přímo v příkazové sadě vnitřní jednotky, integrovaný měřič chybovosti BER, integrovaný spektrální analyzátor pro zjištění obsazenosti frekvenčního spektra. [3] Praktickou a zajímavou specifickou charakteristikou spoje je i fakt, že jeho IDU jednotka je nejmenší vnitřní jednotkou na trhu. Nabízí se tak možnost umístění 2 vnitřních jednotek do 1U pozice v 19' skříních většina licencovaných spojů má pro jeden spoj IDU jednotku minimálně přes jednu 1U pozici. (obr. č. 21) 45

46 Obrázek 21 - IDU jednotky WaveForm v racku [14] Samotné provedení instalace spoje není příliš složité. Před samotnou instalací je však vhodné zkontrolovat všechna nastavení spoje, zda-li jsou vhodná pro naše lokální podmínky. Předem provedené nastavení od výrobce je ve většině případů sice dostatečné, přičemž však kontrolou nastavení můžeme předem zamezit nějakým problémům se spojem či zamezit nechtěnému rušení jiných spojů apod. Kroky k provedení kontroly nastavení jsou zachyceny v příloze č. 8 této práce. Nyní po kontrole nastavení již je tedy možno přistoupit k samotné instalaci spoje, kterou podrobně popisuje manuál spoje Waveform. Po samotném smontování a usazení spoje je v konečné fázi třeba protilehlé antény vůči sobě nasměrovat co nejpřesněji. Hrubé směrování se provádí otáčením celého venkovního systému spoje (ANT + ODU), pro jemné směrování se využívají ladící šrouby na držáku antény. Vzájemné spojení obou anténních systémů spoje indikují LED diody na IDU jednotce a znázorňují též odpovídající úroveň signálu. Pro správnou funkci spoje je na závěr instalace potřeba provést finální nastavení azimutu a elevace první radiové jednotky. Azimutem se rozumí natočení antény ve směru sever-jih, pod elevací se označuje sklon paraboly vzhledem ke kolmici k zemskému povrchu. Jelikož spoj Waveform je velmi kvalitní a profesionální, po správné instalaci a korektním nastavení by měl fungovat již bez nutnosti jakýchkoliv nutných zásahů a poskytovat bezchybné datové přenosy v závislosti na nastavené kapacitě a parametrech spoje. Obr. č. 22 naznačuje webové rozhraní pro správu již provozovaného a fungujícího spoje Waveform. Obrázek 22 - Webové rozhraní pro správu provozovaného spoje Waveform [14] 46

47 Spoje WaveForm jsme v naší síti, kde pracuji, nasadili poměrně nedávno, před několika měsíci. Instalace není složitá a proběhla bez jakýchkoliv problémů. Jednou jsme sice museli kvůli drobnosti komunikovat s výrobcem a i zde nebyl problém. Za celou dobu provozu spoje nezachybovaly a tak se doposud jeví jako dobrá volba v poměru cena x výkon, což je v dnešní době asi nejdůležitější. 5.4 Současné licencované spoje Alcoma Spoje firmy Alcoma jsou v licencovaném pásmu velmi podobné svým spojům pro volné pásmo 10 GHz charakterizované výše. Nejmarkantnějším rozdílem je však skutečnost, že pro licencovaná pásma mají tyto spoje oproti spojům v pásmu 10 GHz IDU i ODU jednotku. Je tomu tak, jak již bylo zmíněno u spoje Waveform z důvodu zajištění větší stability spoje a usnadnění servisního zásahu v případě potřeby. Kromě užívání IDU a ODU jednotky je fyzické provedení nejvyužívanějších spojů Alcoma MP totožné jak pro volná, tak licencovaná pásma, rozdíl je pouze v následně nastavené frekvenci zařízení, na které bude spoj provozován. 5.5 WIMAX v ČR Technologie WIMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) představuje bezdrátovou technologii pro přenos dat zaměřenou na venkovní sítě, která se používá jak pro poskytování datových, tak i hlasových služeb. U malých a středně velkých poskytovatelů je tato technologie používána k přivedení konektivity do určité lokality a zde je pak distribuována koncovým uživatelům prostřednictvím Wi-Fi technologie. Dalším využitím těchto sítí jsou fixní outdoorové spoje sloužící pro připojení koncových zákazníků. Pro uživatele vzdálené cca 3 km od základnové stanice se používají tzv. indoor klientské stanice se šesti integrovanými anténami. Historie WIMAXu v ČR sahá do roku Od té doby tuto technologii začalo využívat přes 80 poskytovatelů a do provozu bylo uvedeno více než 8 tisíc koncových zařízení. Převážně se jedná o regionální sítě menších a středních poskytovatelů internetu. Ve většině případů je využívána technologie BreezeMax 3500 od izraelské společnosti Alvarion. Pro WIMAX sítě je určeno licenční pásmo na frekvenci 3,5 GHz. [26] WIMAX je upraven standardy IEEE Mezi nejnovější standardy patří standard m, označovaný jako WIMAX-2, který vychází ze standardu e. Oproti původnímu standardu nabízí další vylepšení, zejména plnou mobilitu či vyšší přenosové kapacity (v dopředném směru minimálně 100 Mbit/s pro mobilního uživatele a až 1 Gbps pro stacionárního uživatele). WIMAX-2 je jednou z perspektivních technologií označovaných jako čtvrtá generace mobilních sítí. Na jeho praktické nasazení si však budeme muset ještě počkat. [28] V porovnání s Wi-Fi technologií jsou WiMAX technologie odolnější proti rušení, mají integrovanou podporu QoS, obrovský dosah (omezený ČTÚ na 15 km), vysokou stabilitu, podporu spojů na nepřímou viditelnost, ale komponenty jsou cenově dražší. Licencované frekvence garantují přidělení kmitočtu pro danou lokalitu pouze jednomu poskytovateli. Nicméně problém je, že z důvodu omezeného počtu kanálů mohou být v některých lokalitách frekvence již rozebrané či zbytečně blokované. 47

48 Individuální oprávnění pro síť WiMAX Před vlastní realizací sítě WIMAX je nutné požádat Český telekomunikační úřad o vydání individuálního oprávnění k využívání rádiových kmitočtů v licencovaném pásmu 3,5 GHz, které je určeno pro provoz této technologie. Individuální oprávnění vydává ČTÚ na základě žádosti provozovatele WIMAX zařízení. Pásmo 3,5 GHz je rozděleno na 20 kanálů s frekvenčním duplexem a šířkou kanálu 3,5 MHz. Jednotlivé kanály jsou rozděleny podle dostupnosti. Pro celoplošné operátory jsou určeny kanály 15-20; tyto kanály jsou již operátory všechny zabrány. Pro lokální operátory jsou určeny kanály Z důvodu výše uvedené rezervace je volných kanálů pro lokální ISP relativně málo. Před podáním žádosti o vydání individuálního oprávnění je tedy vhodné si zjistit dostupnost volných kanálů v lokalitě, kde by měla být technologie WIMAX provozována. To je možné zjistit např. na webových stránkách ČTÚ. Zadáním GPS souřadnic předpokládaného umístnění základnové stanice lze získat informace o tom, které kanály jsou volné a které jsou již pro tuto oblast využívány. Pokud existuje ve vybrané lokalitě alespoň jeden volný kanál, lze zažádat ČTÚ o vydání individuálního oprávnění. Žádost se podává pro jednu základnovou stanici a na vybranou lokalitu. Žádost se podává na předepsaných formulářích; jsou ke stažení na webových stránkách ČTÚ. Žadatel vyplňuje formuláře typu A, E, O. Uvádí např. informace o přístupovém bodu, vymezení provozní oblasti, označení antény, vysílaný výkon, účel použití. Přílohou k této žádosti je mapa s vyznačením předpokládaného pokrytí sítě WIMAX. Mapa pokrytí může být zakreslena do běžné turistické mapy nebo do mapy vytvořené ve speciálním návrhovém programu. Mapa vytvořená v programu má větší vypovídací schopnost, neboť je podložena skutečnými výpočty a skutečnými parametry sítě. [36] Vzorová mapa pokrytí je v příloze č. 9 této práce. Po vyplnění všech potřebných formulářů lze žádost o individuální oprávnění spolu s předepsanými přílohami předat ČTÚ. Pokud ČTÚ neshledá žádné závady či nebude mít jiné připomínky, vydá žadateli oprávnění k využívání rádiových kmitočtů v licencovaném pásmu 3,5 GHz pro provoz WiMAX zařízení. Výstavba WiMAX sítě Pro výstavbu WiMAX sítě je nutné použít několik základních stavebních prvků a dodržet postupy, jež jsou pro realizaci sítě nezbytné. Základ infrastruktury tvoří základnová stanice, anténní systém pro distribuci signálu a dílčí klientské stanice. Většinou se začíná s jednou základnovou stanicí a cca 30 klientskými stanicemi. Maximálně lze na jednu základnovou stanici napojit cca 150 klientských stanic. [37] Pro umístění základnové stanice je důležité najít vhodné místo s optimálními podmínkami viditelnosti. Takovýmto vhodným vysílacím bodem může být např. telekomunikační vysílač. Při získání souhlasu majitele vysílače a po získání individuálního oprávnění lze provést instalaci vybrané základnové stanice a anténního systému. Anténa musí být nasměrována dle pokynů uvedených v individuálním oprávnění. Před zapojením do internetové konektivity je nutné základovou stanici prověřit řadou zkušebních testů. Pokud budou testy v pořádku, mohou být připojovány klientské stanice. Praktická realizace WIMAX sítě ve firmě Vlašimnet s.r.o. Na základě dlouholetých zkušeností ve firmě Vlašimnet se pokusím popsat praktickou realizaci WiMAX technologie, která byla před několika lety v této firmě instalována. 48

49 Na počátku svého vzniku naše firma poskytovala internetové služby prostřednictvím technologií dle standardu provozovanými v bezlicenčním pásmu 2,4 GHz. S rostoucím počtem konkurenčních poskytovatelů způsobovaly interference z okolních sítí značné výpadky našich služeb. Přenosové kapacity těchto technologií byly již na svém stropu. K vyřešení situace částečně pomohlo uvolnění 5 GHz frekvence. Postupem času se problémy s kapacitou a stabilitou připojení přenesly z důvodu stále vyššího počtu poskytovatelé a uživatelů i do tohoto pásma. Řešení této situace se nabízelo ve využití WiMAX technologií. Hlavním důvodem tohoto rozhodnutí byla eliminace možného rušení, neboť ČTÚ garantuje přidělení kmitočtu pro danou lokalitu pouze jednomu poskytovateli. Dalším důvodem byla možnost výrazného rozšíření naší sítě a možnost nabídnout připojení i klientům s nepřímou viditelností na přístupový bod. Po ověření na ČTÚ, že jsou v naší lokalitě ještě volné kanály, jsme přistoupili k výběru základnové stanice a dalších potřebných prvků sítě. Obrázek 23 - Montáž ODU a antény WIMAX [14] Obrázek 24 - Montáž IDU WIMAX [14] Výběr zařízení Rozhodli jsme se pro zařízení BreezeMAX3500 od společnosti Alvarion, která patřila mezi tehdejší špičku na trhu. Konkrétně jsme vybrali model BMAX-MBST-IDU-2CH-AC. Tato základnová stanice se dvěma výstupy k venkovním rádiovým částem poskytuje přenosovou kapacitu až 15 Mbps a udávaný teoretický dosah je 25 km. Základna má modulaci OFDM a podporovanou šířku kanálu volitelnou softwarově 1,75 MHz a 3,5 MHz. Pracuje dle normy d v módu Full-Duplex FDD, tzn.je schopna data od klientů zároveň vysílat i přijímat. Správa stanice se provádí přes protokol SNMP (Simple Network Management Protocol), přes protokol telnet nebo přes integrované rozhraní RS-232. Vnitřní (IDU) a vnější (ODU) jednotka základnové stanice jsou vzájemně propojeny koaxiálním kabelem o maximální délce 200 m. Kabel zároveň slouží k napájení ODU jednotky umístěné na stožáru. Obsluha ODU jednotek se provádí přes základnovou stanici. K připojení antény se používá konektor N-Female (samice). Následující tabulka udává závislost přenosové kapacity a citlivosti na uvedené modulaci při použití 3,5 GHz šířky kanálu. Využitelná přenosová rychlost je cca 70 % uváděných hodnot. 49

50 Tabulka č. 11: Závislost kapacity linky a citlivosti na modulaci v pásmu 3,5 GHz [13] Modulace Kapacita (Mbps) Citlivost (dbm) BPSK1/2 1, BPSK3/4 2,12-98 QPSK1/2 2,82-97 QPSK3/4 4,23-94 QAM16 1/2 5,64-91 QAM16 3/4 8,47-88 QAM64 2/3 11,29-83 QAM64 3/4 12,71-82 V základní verzi této stanice bylo možné připojit maximálně 20 klientských stanic, ale při zakoupení softwarových licencí bylo možné počet rozšířit až na 150 klientů. Při maximálním počtu klientů se cena za softwarové licence pohybovala kolem 60 tisíc Kč. Instalace zařízení Po výběru základnové stanice bylo nutné vybrat vhodné místo pro její umístění. Rozhodli jsme se pro telekomunikační vysílač Mezivrata u Votic, který leží ve výšce 714 m.n.m. Co se týče viditelnosti poskytuje optimální podmínky. Po získání souhlasu majitele vysílače s umístněním WiMAX technologie a po vydání individuálního oprávnění od ČTÚ jsme provedli montáž vybrané základnové stanice. Dle individuálního oprávnění bylo naší společnosti přiděleno pásmo v rozsahu 3545,0-3548,5 MHz / 3445,0 3448,5 MHz. Povolení bylo vydáno pro zařízení BreezeMAX 3500, které bylo ve výšce 704 m.n.m., ve 32 m nad terénem. Schváleným typem antény byla sektorová anténa TA s úhlem vyzařování 120 stupňů. Anténa byla namontována na připravené anténní konzoly a nasměrována dle pokynů v individuálním oprávnění. Následně byla do technologické místnosti vysílače umístěna IDU jednotka, která byla s ODU jednotkou propojena koaxiálním kabelem. Po dokončení instalace byla základnová stanice prověřena zkušebními testy. Poté byla zapojena do internetové konektivity a zapojena do plného provozu. Cena licence byla stanovena na ,- Kč / ročně. ČTÚ od roku 2013 připravilo nové poplatky pro licence v tomto pásmu a je velkou výjimkou v naší vlasti, že se poplatek snížil zhruba o 40 %. 50

51 6 Optická přenosová média 6.1 Laserová pojítka Laserová pojítka patří mezi optické bezdrátové spoje (Free Space Optics, FSO). Tyto spoje lze charakterizovat jako digitální plně duplexní spoje umožňující širokopásmové komunikační přenosy vzduchem při použití neviditelných paprsků světla. Jednotka spoje je tvořena kombinovaným optickým vysílačem a přijímačem, které jsou vzájemně propojeny laserovým paprskem. Tato technologie, jejíž historie sahá do poloviny 60. let minulého století, umožňuje přenášet kapacitu optických sítí mezi stále plnějšími frekvencemi pro mikrovlnné spoje. Takto lze přenášet data o kapacitě v řádech Gigabitů (např. u produktu LightPointe až 2,5 GBit/s). Podmínkou spolehlivého spoje je samozřejmě přímá viditelnost. Co se týče vzdálenosti mezi vysílačem a přijímačem, udávají někteří výrobci garantovaný dosah až 5 km. Je ovšem nutné brát v úvahu pravidlo, že čím je delší vzdálenost mezi spoji, tím nižší je spolehlivost. Realizace spolehlivého spojení na delší vzdálenosti se snižuje útlumem světla v atmosféře, např. při smogu, dešti, sněžení, mlze. Pro zvýšení spolehlivosti laser. spojů se výrobci snaží o použití nových metod, např.: vícesvazkovým šířením signálu, kdy jsou použity čtyř svazky (signál je odolnější vůči atmosf0rickým vlivům či při zaclonění paprsku), změnou nosné vlny z 850 nm na vlnovou délku 1550 nm, neboť v tomto pásmu lze zvýšit výkon laserového vysílače, použitím APD diod, které jsou oproti běžně používaným křemíkovým PIN diodám několika násobně citlivější (podmínkou je stabilizování jejich teploty). Pro zajištění spolehlivosti je též nutné zajistit směrovou stabilitu spoje, neboť i nepatrné chvění vysílače může na vzdálenost 1 km znamenat metrové odchylky laserového paprsku. Těmto situacím lze předejít při použití robustních a předimenzovaných držáků. Pokud by i použití pevného držáku nedokázalo tuto spolehlivost zajistit, zejména v případech nestabilních objektů (např. střecha rozhledny), lze využít systému Autotracking. Tento systém aktivního zaměřování automaticky upraví směr laserového paprsku dle potřeby. Výhody laserových spojů oproti mikrovlnným spojům: vysoké přenosové rychlosti (až 2.5 GBit/s), žádné vzájemné rušení - směrový laserový paprsek neohrožuje interference s jinými spoji, žádná potřeba kmitočtového přídělu - pásmo optické nosné vlny leží mimo oblast působnosti ČTÚ, transparentnost pro používané protokoly a navazující sítě - Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, SONET / SDH, ATM, FDDI atd., přenositelnost a flexibilita řešení - frekvenční nezávislost umožňuje případné přesunutí spoje na jiné lokality bez přeladění, interní i externí umístění - některá zařízení lze umístit jak vně budov, tak i uvnitř např. za okno a chránit tak samotné jednotky před atmosférickými vlivy, bezpečnost přenášených dat - lze používat zmiňované kryptografické protokoly příznivý poměr cena/výkon - tato pojítka jsou zvláště u vysokých přenosových kapacit podstatně cenově přístupnější než kapacitou srovnatelná rádiová pojítka. 51

52 Z uvedeného vyplývá, že laserová pojítka jsou vhodná tam, kde jsou požadovány vysoké přenosové rychlosti na relativně krátké vzdálenosti. Je ovšem nutné počítat s tím, že přenos dat může být do značné míry ovlivněn povětrnostními podmínkami. [19] 6.2 Problematika budování podzemní optické sítě z právního hlediska Za myšlenkou vybudovat optickou síť v daném městě se skrývá celá řada časově a finančně náročných úkolů. Nejdříve je nutné získat souhlas městského úřadu se záměrem realizovat optickou síť, oslovit majitele bytových domů s nabídkou zavedení optické sítě, získat souhlas vlastníků s umístěním stavby na jejich pozemcích, mít vyjádření o existenci a vedení sítí na dotčených pozemcích, zajistit smlouvy o věcných břemenech, předložit doklady k získání územního rozhodnutí. Po vydání územního rozhodnutí a vytvoření projektové dokumentace lze provést první výkopové práce. V jejich průběhu, popř. po jejich ukončení následuje geodetické zaměření. Poté lze s majiteli dotčených pozemků uzavřít smlouvy na věcná břemena, která jsou spolu s geodetickými výkresy předány katastrálnímu úřadu k zapsání vkladu do katastru nemovitostí. 1) Oslovení městského úřadu Prvním krokem při budování optické sítě je oslovení městského úřadu v daném městě, respektive jeho starosty. Je vhodné domluvit si se starostou schůzku (popř. účastnit se jednání rady města) a osobně informovat o záměru vybudování optické sítě. Pro představu plánovaného rozsahu optické sítě je vhodné přiložit nákres s vyznačením předpokládané trasy. Pokud zastupitelstvo města tento záměr schválí, vydá souhlas se záměrem vybudovat v jejich městě optickou sít. 2) Oslovení majitelů domů Z důvodu vysoké finanční náročnosti se při budování optické sítě zpravidla počítá se zavedením této sítě do objektů, ve kterých lze počítat s vysokým klientským potenciálem; jedná se zejména o bytové či panelové domy. Vhodné je oslovit předsedu či členy společenství vlastníků bytových jednotek (popř. majitele bytů), nabídnout jim možnost zavedení optické sítě do jejich domu, vysvětlit jim výhody optické sítě a požádat je o souhlas se zavedením sítě do jejich domu. 3) Plánování a zakreslení trasy Dalším krokem je zakreslení předpokládané trasy optické sítě do mapy. Tento krok se s největší pravděpodobností nepodaří uskutečnit na první pokus. Je nutné počítat s tím, že než bude konečná trasa konečně zakreslena, bude nutné ji několikrát pozměnit, např. z důvodu drobných nepřesností katastrální mapy či existenci jiných sítí. Dle údajů z katastru nemovitostí lze zjistit čísla pozemků, přes které by stavba měla vést, a zároveň vlastníky těchto pozemků. Aby mohla trasa vést přes dané pozemky, je nutné získat souhlas majitelů pozemků s umístěním stavby. Z tohoto důvodu je tedy vhodné plánovat trasu tak, aby pozemky dotčené stavbou patřily městu, kraji, správě a údržbě silnic či jiné státní organizaci. Pokud plánovaná trasa vede přes soukromý pozemek, je vhodné pokusit se najít jiné řešení vedení trasy a soukromému pozemku se vyhnout. Dle vlastních zkušeností jsou dohody se soukromými vlastníky většinou časově i finančně náročnější než se státními organizacemi. S majiteli pozemků jsou poté uzavřeny smlouvy o smlouvě budoucí o zřízení věcného břemene. 52

53 Pokud je to možné, je nejvhodnějším (a zároveň nejlevnějším) řešením vést trasu optické sítě přes zatravněné plochy. V případě, že má být trasa vedena pod chodníkem, jsou kabely pokládány při kraji chodníku. Podobným způsobem se řeší i vedení kabelů podél silnic. Pokud má být trasa vedena přes silnici či železniční přejezd, jsou výkopové práce většinou prováděny protlakem. Veškeré překopy a protlaky jsou v mapě předpokládané trasy zobrazeny. Při zakreslování trasy je nutné brát v úvahu zákonné normy. Tyto normy např. upravují minimální vzdálenost mezi kabely optické sítě a jiného vedení. Proto je tedy zapotřebí mít při zakreslování trasy optické sítě k dispozici i vyjádření o existenci a vedení sítí na dotčených pozemcích. Před zakreslením finální verze vedení trasy do mapy (obrázek č. 25) je nutné naplánovanou trasu projít a ověřit v terénu. Může se stát, že některé úseky zakreslené trasy nebude možno provést z důvodu překážek na trase, se kterými nebylo při zakreslování do mapy počítáno. Překážkami mohou být např. vzrostlé stromy, dopravní značky, apod. Obrázek 25 - Ukázka finální verze trasy projektu optické sítě [14] 4) Doklady pro získání územního rozhodnutí Před zahájením výkopových prací je zapotřebí získat územní rozhodnutí, neboť se jedná o liniovou stavbu. Pro jeho získání je nutné podat příslušnému stavebnímu úřadu návrh na vydání územního rozhodnutí a přiložit požadované doklady. V návrhu na vydání územního rozhodnutí je uvedeno zejména: jméno (název) a adresa (sídlo) navrhovatele, předmět územního rozhodnutí, seznam a adresy všech známých účastníků územního řízení, druhy a parcelní čísla dotčených pozemků podle katastru nemovitostí s uvedením vlastnických i jiných práv, souhlasy vlastníků dotčených pozemků [33] 53

54 Mezi další doklady, které stavební úřad k vydání územního rozhodnutí vyžaduje, patří např.: situační výkres plánované trasy optické sítě vypracovaný na podkladu katastrální mapy vč. parcelních čísel, vyjádření o existenci a vedení sítí na dotčených pozemcích (toto vyjádření je nejčastěji nutné od firem ČEZ, a.s., Telefónica O2 Czech Republic, a.s., RWE a.s., vodohospodářských či telekomunikačních firem, vojenské správy, ), koordinační výkres inženýrských sítí, smlouvy o smlouvě budoucí o zřízení věcného břemene s majiteli dotčených pozemků (ve smlouvách je zejména uvedeno prohlášení budoucího povinného z věcného břemene, že je vlastníkem dotčených pozemků, jsou stanoveny podmínky pro umístění stavby, lhůty pro uzavření smlouvy o zřízení věcného břemene či úhrada za zřízení věcného břemene), souhlasy se vstupem do objektů od majitelů domů, kteří souhlasí se zavedením optické sítě. Po předložení návrhu územního rozhodnutí vyzve stavební úřad navrhovatele k ústnímu jednání. Poté stavební úřad zveřejní na úřední desce rozhodnutí o umístění stavby. Pokud ve stanovené lhůtě (ve standardním řízení je tato doba jeden měsíc) neobdrží stavební úřad žádné námitky, nabude územní rozhodnutí právní moci. 5) Projektová dokumentace V období vyřizování územního rozhodnutí lze připravovat projektovou dokumentaci. Vypracování projektové dokumentace vyžaduje odborné technické znalosti; je tedy vhodné nechat projekt zpracovat projektantem, který již má v tomto oboru zkušenosti. Projektová dokumentace specifikuje požadavky na kvalitu materiálu, množství potřebného materiálu a prací, technologické postupy či způsob provádění stavebních prací. Součástí projektové dokumentace je průvodní zpráva, technická zpráva či výkresová část. Výkresová část zachycuje na jednotlivých výkresech např. zakreslení celkové situace, polohopisy, koordinační situace se stávajícími sítěmi či blokové schéma ochranných trubek. 6) Stavební práce Po vydání územního rozhodnutí a vyhotovení projektové dokumentace lze zahájit výkopové práce na výstavbě optické sítě. Je vhodné uzavřít s vybranou stavební firmou smlouvu o dílo a stavební práce ji svěřit (někdy je vyžadován protokol o předání pozemků k realizaci stavby od jeho majitele). Během těchto prací mohou být zjištěny jak nedostatky či jiné překážky oproti plánovanému vedení trasy, tak může dojít i ke změnám oproti projektové dokumentaci. Může se jednat např. o změnu trasy výkopu z důvodu zapomenutého vedení v zemi. Po dokončení stavebních prací jsou pozemky, na kterých výstavba sítě probíhala, vráceny do původního stavu, tzn. výkopy jsou zasypány, chodníky zaasfaltovány, tráva zaseta a protokolárně předány zpět majitelům. V průběhu stavebních prací (popř. po jejich dokončení) je celá trasa optické sítě geodeticky zaměřena. 7) Zápis do katastru nemovitostí Aby mohla být celá výstavba optické sítě z právního hlediska řádně dokončena, zbývá požádat katastrální úřad o zápis vkladu věcných břemen do katastru nemovitostí. Tomu předchází vyhotovení geometrického plánu pro vyznačení věcných břemen. Tento geometrický plán, který tvoří geodet na základě geodetického zaměření, slouží jako technický podklad pro zápis do katastrální mapy; je v něm graficky znázorněno věcné břemeno. Geometrický plán se předkládá ke kontrole katastrálnímu úřadu. Pokud úřad neshledá žádné závady, lze s vlastníky dotčených pozemků uzavřít smlouvy na zřízení věcného břemene. 54

55 Vzor geometrického plánu věcných břemen je příloze č. 10. Pro zapsání vkladu věcných břemen do katastru nemovitostí se katastrálnímu úřadu předkládá návrh na vklad věcných břemen, smlouvy o zřízení věcného břemene, geometrický plán a kolky ve stanovené výši. Smlouvy na věcná břemena se předkládají minimálně ve čtyřech vyhotoveních (záleží na počtu účastníků uvedených ve smlouvě). Poté, co katastrální úřad provede zápis do katastru nemovitostí, zašle zpět všem účastníkům smlouvy o věcném břemenu s vyznačením data vkladu do katastru nemovitostí. 6.3 Typy optických vláken a technologie přenosu Skladba optických vláken Optická vlákna jsou skleněná či plastová vlákna, která se využívají k přenosu dat na delší vzdálenosti. První užívání optických vláken se datuje do poloviny 70. let minulého století. V porovnání s kovovými vodiči je jejich výhodou vyšší přenosová rychlost, přenos signálů s menší ztrátou a imunita vláken vůči elektromagnetickému rušení. Přenos dat po optických vláknech je založen na šíření elektromagnetických vln ve směru osy optického vlákna. Šíření elektromagnetických vln funguje na principu odrazu světla a rozdílného indexu lomu. Při výrobě standardních optických vláken je nejprve vytvořen skleněný válec o průměru až několika cm a délky až několik metrů s pečlivě kontrolovaným profilem indexu lomu, tzv. preforma. Natavením a tažením konce preformy je poté vytvořeno tenké dlouhé optické vlákno. Preformy se běžně vyrábí třemi druhy chemických procesů, a to vnitřním uložením páry, vnějším uložením páry a axiálním uložením páry. [44] Optické vlákno se skládá z jádra, pláště, ochranné vrstvy (primární ochrana) a obalu (sekundární ochrana). Jádrem, které má vysoký index lomu, je vedeno světelné záření. Jádro je obklopeno pláštěm, jenž má nižší index lomu. Na výrobu optických vláken se používá křemenné sklo (SiO 2 ) s příměsí germania. Před mechanickým a povětrnostním poškozením je jádro dále chráněno izolací. Ochranné vrstvy jsou z akrylátu, polyuretanu nebo PVC. Takto připravené optické kabely jsou zafukovány do plastových chrániček. [1] Členění optických vláken Z hlediska použitého materiálu lze optická vlákna rozdělit na vlákna: Skleněná Plastová V současné době se používají převážně vlákna skleněná. Plastová vlákna jsou využívána zřídka, např. k přenosu dat na kratší vzdálenosti, například v objektech z důvodů jejich lepších mechanických vlastností pro instalaci třeba v lištách a kabelových žlabech. Optická vlákna lze rozlišit i dle průběhu indexu lomu v závislosti na poloměru. V telekomunikační praxi se nejčastěji používají následující průběhy: Skokový průběh indexu lomu označuje se SI (Step Index) Gradientní průběh indexu lomu označuje se zkratkou GI (Gradient Index) Z hlediska způsobu přenosu záření můžeme rozdělit optická vlákna do dvou skupin: Jednovidová vlákna Mnohovidová vlákna 55

56 Jednovidová vlákna jsou určena pro přenos jednoho paprsku (vidu), mnohavidová vlákna pro přenášení paprsků (vidů) více. Jednovidová vlákna se označují zkratkou SM (Single Mode), mnohovidová vlákna zkratkou MM (Multi Mode). [48] Jednovidová vlákna Jednovidová optická vlákna (označení SM, Single Mode) přenášejí pouze jeden paprsek a používají se zejména pro přenos dat na větší vzdálenosti. Výhodou jednovidových vláken je velká šířka přenosového pásma, větší přenosová kapacita či nízký útlum. Nevýhodou jednovidových vláken je chromatická disperze, tzn. odlišná rychlost světla s různou vlnovou délkou způsobená rozdílným indexem lomu. Vidová disperze, tzn. disperze způsobená lomem jádra (jednotky mikrometrů) lze dosáhnout vedení jednoho vidu (paprsku) bez odrazů. Na obr. č. 26 je znázorněn průchod paprsku SM vláknem. Obrázek 26 - SM vlákno [16] Jednovidové vlákno je citlivější na mechanické vlastnosti prostředí, což vede k nutnosti použít kvalitnější zdroje záření (laserová dioda). Přenosové vlastnosti jsou specifikovány v doporučeních ITU-T G65x (International Telecommunication Union). Jednovidová vlákna můžeme rozdělit na tyto druhy: Klasická vlákna: G652 (NDSF Non Dispersion Shifted Fiber) standardní jednovidové vlákno s nulovou disperzí, označována jako konvenční, vlnová délka 1310 nm a 1550 nm. G653 (DSF Dispersion Shifted Fiber) vlákna s posunutou kmitočtovou disperzí, nevhodné pro WDM (Wavelength Division Multiplexing) aplikace, vlnová délka 1550 nm, G655 (NZ-DSF Non Zero Dispersion Shifted Fiber) vlákno s nenulovou posunutou disperzí, někdy značená jen NZDF, vhodné pro DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing). Polarizovaná vlákna PM (Polarization Maintaining) Jde o vlákna schopná udržet lineární polarizaci procházejícího paprsku vláknem. Paprsek musí být vzhledem k pomalé ose přesně vyrovnán a být lineárně polarizován. Pokud jsou splněny podmínky, je na výstupu optického vlákna paprsek lineárně polarizován. [48] Mnohovidová vlákna Mnohavidová optická vlákna (označení MM, Multi Mode) jsou schopna přenášet více paprsků najednou. Tato vlákna se nejčastěji používají pro přenos dat na krátké vzdálenosti, např. uvnitř budovy. Mnohavidová vlákna jsou charakteristická velkým průměrem jádra (>10µm). Numerická apertura MM se pohybuje kolem hodnoty 0,2, což vede k možnosti buzení i LED diodou a snadnějšímu navázání paprsku do vlákna. Mnohavidová vlákna mají v porovnání s jednovidovými vlákny menší přenosovou kapacitu a větší útlum a zároveň se u nich vyskytuje vidová disperze (z tohoto důvodu se používají na kratší vzdálenosti). 56

57 U mnohavidových vláken rozeznáváme tyto dva typy: A) Vlákno se skokovou změnou indexu lomu - Step Index (SI) Mnohavidová vlákna se skokovou změnou indexu lomu (MM-SI) patří k technologicky jednodušším, jejich výroba je snadná a levná. Útlum MM-SI vlákna se pohybuje v rozsahu od 5 db/km do 10 db/km. Používají se na krátkých trasách a i mimo oblast spojovacích technologií, např. v lékařství. Na obr. č. 27 je znázorněn průchod paprsku MM-SI vláknem. Obrázek 27 - MM-SI vlákno [16] B) Vlákno s gradientní změnou indexu lomu - Gradient Index (GI) Mnohavidové vlákno s postupnou změnou indexu lomu (MM-GI) se skládá z několika vrstev s rozdílným indexem lomu. Procházející vid kopíruje průběh sinusoidy. Ve středu jádra se nachází vrstva s největším indexem lomu a směrem k plášti se zmenšuje. Výsledkem je zvýšení šířky pásma až 25x oproti MM-SI. Vlákna částečně eliminují vidovou disperzi. Tento typ vlákna se používá pro datovou komunikaci do vzdálenosti stovek metrů až kilometrů. Jde o kompromis mezi jednovidovým vláknem a MM-SI vláknem. Na obrázek č. 28 je znázorněn průchod paprsku MM-GI vláknem. Obrázek 28 - MM-GI vlákno [16] Porovnání jednovidových a mnohavidových vláken A) Parametry jednovidových vláken oproti mnohavidovým: Menší útlum přenos dat na větší vzdálenosti Velká šířka přenosového pásma Nevyskytuje se u nich vidová disperze Větší přenosová rychlost Nízká hodnota NA 9 (numerická apertura) Nutné použít kvalitnější zdroje záření (laserová dioda) 9 Bezrozměrná veličina (udává se pouze u GI vláken), která vyjadřuje schopnost optického vlákna navázat z okolí do svého jádra optický výkon. S rostoucí NA roste tato schopnost. [44] 57

58 B) Parametry mnohavidových vláken oproti jednovidovým Větší útlum Výskyt vidové disperze Větší hodnota NA snadnější navázání optického paprsku Jako zdroj lze použít LED diodu Tabulka č. 12: Srovnání charakteristik SM a MM vláken [16] Jak lze z výše uvedených skutečností usoudit, každá uvedená technologie přenosu dat je svým způsobem fungování specifická, tudíž je vždy ze strany ISP pro využití konkrétní technologie nutno uvážit všechny parametry, které konkrétní typ přenosu dat vykazuje. 6.4 Praktická realizace sítě v menším městě Po vydání územního rozhodnutí a vyhotovení projektové dokumentace (tato problematika byla popsána v předchozí kapitole) lze provést první kroky k praktické realizaci sítě. Samotnou výstavbu optické sítě většinou provádí stavební firma na základě dohody s investorem (tj. majitelem budoucí optické sítě). Výstavba optické sítě probíhá dle projektové dokumentace a zpravidla bývá rozdělena do několika etap. Celý průběh stavby je důkladně zaznamenáván do stavebního deníku. Co se týče vedení trasy, nejjednodušší je provádět výkopy na zatravněných pozemcích či chodnících, kde jsou kostky. Výkopy prováděné v asfaltovém povrchu jsou finančně náročnější. Trasa optické sítě nevede vždy jen pod zatravněnými pozemky, chodníky či silnicemi, ale například i pod železničními kolejemi či v konstrukci mostu. V těchto místech je trasa propojena podvrty či umístěním trubek do mostní konstrukce. Než se dělníci a stroje pustí do výkopových prací, je bezpodmínečně nutné provést vytyčení všech známých křižujících i souběžných inženýrských sítí. Nejčastěji se lze setkat s vodovodním, kanalizačním, elektrickým, plynovým či telekomunikačním vedením. Vytyčenou polohu je nutné ověřit sondami a místo vyznačit barevným sprejem. Při výkopových pracích je třeba dávat pozor na stávající sítě. Při pokládce musí být dodrženy technologické předpisy a předepsané postupy. Zároveň je nutné dodržovat bezpečnostní předpisy, např. označení výkopu, úpravu dopravního značení. Průběh stavebních prací je vhodné průběžně dokumentovat, např. fotografováním. Pokud by např. došlo k nějakému nechtěnému poškození jiného vedení v zemi, je vhodné mít fotografie o rozsahu poškození. Do provedených výkopů jsou nejprve pokládány ochranné HDPE trubky; uloženy jsou 58

59 do lože z písku či přesáté zeminy a spojovány jsou pomocí mechanických spojek. Poté jsou trubky zasypány pískem, zakryty ochrannými deskami a výstražnou fólií. Poté je výkop zahrnut zeminou a dotčený pozemek musí být uveden do původního stavu. Pro ověření kvality ochranných trubek a provedených prací následuje kalibrace HDPE trubek a provedení zkoušky průchodnosti a tlakové zkoušky. Zkouška průchodnosti musí prokázat průchodnost trubky, tzn. uceleným úsekem trasy se profoukne kontrolní píst. Tlaková zkouška má za úkol prokázat tlakutěsnost trubek. O provedených zkouškách jsou vyhotoveny protokoly. Pokud je vše v pořádku, mohou být instalovány optické kabely a dnes hojně využívané i optické mikrokabely. Instalaci provádí specializovaná firma zafouknutím. Při zafouknutí je nutné respektovat mechanické vlastnosti kabelu (povolenou tahovou sílu, minimální poloměr ohybu při a po instalaci). Po zafouknutí je provedeno měření optických vláken, vyhotovení měřících protokolů a dokumentace skutečného provedení. Následně pak lze realizovat montáž technologií v jednotlivých objektech. Do objektů jsou mikrokabely vyvedeny do optického rozvaděče, kde jsou optická vlákna zakončena navařením optických pigtailů. Optický rozvaděč bývá často v podobě 1U vany umístěné v racku. Ve stejném racku je umístěn i switch a z něj datové rozvody k jednotlivým uživatelům. Síť je vedena do datové zásuvky (např. RJ-45) strukturovanou kabeláží nejčastěji z elektrických rozvaděčů v domě (po dohodě se společností ČEZ a.s. a s majitelem objektu) a v případě neprůchozích rozvaděčů je síť rozvedena v domě v lištách. Oba tyto způsoby vedení sítě strukturované kabeláže snižují náklady na realizaci sítě. V dnešní době se rozlišují a využívají tyto kategorie ukončení optických vláken v objektech: FTTN Fiber-to-the-node vlákno je zakončeno ve skříni (uzlu), umístěné až několik kilometrů od objektu zákazníka, konečná přípojka je pak metalická FTTC Fiber-to-the-cabinet nebo Fiber-to-the-curb velmi podobné FTTN, ale přípojná skříň je blíže k prostorám uživatele; obvykle jde o vzdálenost do 300 metrů FTTB Fiber-to-the-building nebo Fiber-to-the-basement vlákno dosahuje hranice budovy, přípojná skříň je umístěna například v suterénu bytového domu; finální propojení s individuálními obytnými prostorami je provedeno alternativními způsoby FTTH Fiber-to-the-home vlákno dosahuje obvodu obytného prostoru, například v podobě přípojné skříně na vnější zdi domu FTTP Fiber-to-the premises tento termín bývá použit v různých kontextech: jako širší termín, zahrnující FTTH a FTTB, nebo také pro situaci, kdy síť obsahuje jak obytné domy, tak malé firmy Obrázek 29 - Schematické znázornění různých konfigurací FTTx [42] 59

60 Po vybudování a oživení optické sítě se uživatelé mohou těšit na kvalitní a rychlé připojení k internetu. K získání co největšího počtu zákazníků je vhodné je o nové možnosti připojení k internetu informovat, např. prostřednictvím propagačních materiálů, inzerce v místním tisku, reklamy na webových stránkách apod. V rámci všech prací a při samotném projektu je vhodné všude připravovat rezervní chráničky a neobsazená vlákna v optických kabelech pro další rozšiřování sítě. Také je třeba uvažovat s rezervací místa na centrálních bodech optické sítě pro osazování dalších aktivních prvků. 6.5 Pohled z hlediska lokálního ISP jako investice do budoucna Ve světě telekomunikační techniky se stále více pro přenos dat využívají optické sítě, neboť dosahují vysokých přenosových rychlostí a disponují dostatečnou kapacitou. Optická síť splňuje požadavky pro propojení počítačových sítí, telefonních ústředen, kabelové televize, zabezpečovacích či kamerových systémů atd. V porovnání s bezdrátovými spoji je vybudování optické sítě finančně náročné. Přestože ceny optických vláken klesají, ceny stavebních prací rostou. Oproti bezdrátovým spojům je bezesporu velkou výhodou, že provoz optické sítě je téměř bezúdržbový a nevyžaduje další investice. Životnost optických vláken se odhaduje na cca let. Výhodou optických vláken je rovněž to, že nejsou náchylná k okolnímu elektromagnetickému rušení. Do budoucna lze předpokládat, že se požadavky uživatelů na rychlost a objem přenesených dat budou neustále zvyšovat. Z toho důvodu mnozí provozovatelé optických sítí předpokládají, že by kapacita nemusela v budoucnu dostačovat, a při budování nových sítí počítají s rezervami optických vláken. Je jisté, že dobře vybudovaná optická síť přináší oproti konkurenci s bezdrátovými spoji nesčetné výhody. 6.6 Možnosti rozvoje služeb na tomto typu sítě Optická vlákna jako současné technologie využívají kapacitu pouze z několika procent, přestože umožňují rychlost připojení až stovky Gbit/s. Záleží pouze na koncových uživatelích, jaké budou v budoucnu jejich požadavky na rychlost a přenos dat. Vývoj telekomunikačních sítí a prvků se neustále zrychluje a zdokonaluje. Vzhledem k tomu, že optická vlákna uložená v zemi se nemění, bude záležet pouze na použitých koncových zařízeních, jakou dokáží přenést kapacitu. Lze očekávat, že vývoj těchto zařízení bude odpovídat vzrůstajícím potřebám uživatelů. V horizontu několika let je tedy možné předpokládat vyšší kapacity přenesených dat. V porovnání s bezdrátovými spoji bude optická síť během své životnosti stále plnit nároky na požadované přenosy. Je tedy zřejmé, že investice do optických vláken se vyplatí. 60

61 7 Závěr Bakalářská práce měla za úkol podat čtenáři přehled o využívaných technologických prvcích v infrastruktuře malého lokálního poskytovatele internetu (ISP) a souvisejících právních i technických požadavků, které je nutno dodržovat a provoz internetové sítě jim přizpůsobovat tak, aby vše bylo provozováno dle platných norem a zákonů. V práci nebylo cílem charakterizovat podrobně jednotlivé typy využívaných technologií, jelikož by se jednalo jen o holé opisování velmi dobře zpracovaných manuálů k nim a ke každé technologii by mohla být vyhotovena samostatná bakalářská práce, pokud bych chtěl zachytit všechny jejich možnosti. V práci jsem se tedy zaměřil na základní rysy, aby z nich byl patrný rozdíl a byl tudíž lépe pochopitelný i jejich postupný vývoj. V rámci své několikaleté praxe jako lokální ISP mám zkušenosti s více typy technologií, jelikož vývoj jde stále dopředu, vše se modernizuje a zrychluje a lze pozorovat, že dnes téměř jakékoliv elektronické zařízení pořízené nyní, je cca do horizontu 1 roku skoro zastaralé, tudíž je v oblasti poskytování internetu stále potřeba modernizovat. V tomto ohledu je dnes jakoby krok napřed budování optických sítí, jelikož rozsah zarušení v rámci klasických bezdrátových spojů (mimo licencovaná pásma) je již příliš masivní a bohužel v blízké době z tohoto důvodu pravděpodobně dojde k velkému útlumu v rozvoji Wi-Fi technologie a budou se hledat alternativy. Jednou z nich může být právě optická síť. 61

62 8 Seznam použité literatury [1] ABS ELEKTRO S.R.O. Optická vlákna [online] [cit ]. Dostupné z: [2] ASPA A.S. ANT výhybka, polarizační výhybka pro QAM 10G, NARROW 10G, SDV 10G [online] [cit ]. Dostupné z: [3] ATH SYSTEM, S.R.O. Manuál spoje Waveform [online] [cit ]. Dostupné z: [4] ČESKÝ STATISTICKÝ ÚŘAD. Informační technologie ve společnosti [online] [cit ]. Dostupné z: [5] ČESKÝ STATISTICKÝ ÚŘAD. Internet a jeho využití k2.pdf [online] [cit ]. Dostupné z: [6] ČESKÝ STATISTICKÝ ÚŘAD. Jakým způsobem jsou domácnosti v ČR připojeny k internetu? [online] [cit ]. Dostupné z: _internetu [7] ČESKÝ STATISTICKÝ ÚŘAD. Počítač a internet v českých domácnostech. [online] [cit ]. Dostupné z: [8] ČESKÝ STATISTICKÝ ÚŘAD. Výběrové šetření o informačních a komunikačních technologiích v domácnostech a jejich využívání jednotlivci. [online] [cit ]. Dostupné z: [9] ČESKÝ STATISTICKÝ ÚŘAD. Využívání informačních a komunikačních technologií v podnikatelském sektoru [online] [cit ]. Dostupné z: [10] ČESKÝ TELEKOMUNIKAČNÍ ÚŘAD. Evidence podnikatelů v elektronických komunikacích podle všeobecného oprávnění - ČTÚ [online] [cit ]. Dostupné z: [11] ČESKÝ TELEKOMUNIKAČNÍ ÚŘAD. Všeobecné oprávnění č.: VO-R/12/ [online] [cit ]. Dostupné z: [12] CESNET2 Network. Network [online] [cit ]. Dostupné z: [13] CYBERSOFT S.R.O. BMAX-MBST-IDU-2CH-AC BreezeMAX Micro BST Indoor jednotka 19" 2x výstup: pro ODU, konektor TNC Female, 1x 10/100Base-T Data port, 1x 10/100Base-T Management port, 1x sériový monitor [online] [cit ]. Dostupné z: [14] FIALA, David. Interní dokumentace společnosti Vlašimnet s.r.o. Vlašim,

63 [15] FIALOVÁ, Kristina. Jak převést hodnotu výkonu z dbm na mw [online] [cit ]. Dostupné z: convert-dbm-mw [16] HRAD, Jaromír. Přenosové cesty [online] [cit ]. Dostupné z: [17] I4WIFI A.S. Jak na instalaci WLAN [online] [cit ]. Dostupné z: [18] JIRÁSEK, Karel. PEGAS WIRELESS S.R.O. Nabídka RR trasy. Pardubice, [19] KAISER DATA S.R.O. Stručná teorie laserových spojů [online] [cit ]. Dostupné z: [20] KAISER DATA S.R.O. Kvalita, spolehlivost, bezpečnost [online]. Stručná teorie mikrovlnných spojů - rádiové spoje KAISER DATA [cit ]. Dostupné z: [21] KAISER DATA S.R.O. Poplatky za provoz RR spojů [online]. Stručná teorie mikrovlnných spojů - rádiové spoje KAISER DATA [cit ]. Dostupné z: [22] KAISER DATA S.R.O. Provozní kmitočty RR spojů [online]. Stručná teorie mikrovlnných spojů - rádiové spoje KAISER DATA [cit ]. Dostupné z: [23] KOLKOVÁ, Olga. Polovina mobilních internetových uživatelů je online každý den [online] [cit ]. Dostupné z: [24] MALINA, František. ČESKÝ TELEKOMUNIKAČNÍ ÚŘAD. TISKOVÁ ZPRÁVA Český telekomunikační úřad: Aukce kmitočtů stále probíhá [online] [cit ]. Dostupné z: [25] NOVINKY.CZ. Rekordní rychlost stahování dat přesáhla 300 Gb/s [online] [cit ]. Dostupné z: [26] PETERKA, Jiří. Není WiMax jako Wi-Fi. [online] [cit ]. Dostupné z: [27] PETERKA, Michal. Fenomén bezdrátových sítí Česku aneb éra 10 GHz spojů!. Fenomén bezdrátových sítí v Česku aneb éra 10 GHz spojů! - Internet pro všechny [online] [cit ]. Dostupné z: [28] PUŽMANOVÁ, Rita. Připravované zrychlení WiMAX: IEEE m. [online]. Wimax.cz - vše o bezdrátové technologii WiMAX 2008 [cit ]. Dostupné z: [29] PVFREE.NET, O. S. Instalace spoje Alcoma v pasmu 10GHz. [online]. Instalace spoje Alcoma v pasmu 10GHz PVwiki 2011 [cit ]. Dostupné z: 63

64 [30] RACOM S.R.O. Implementační poznámky. [online]. RACOM - Mikrovlnný spoj RAy - 2. Implementační poznámky 2011 [cit ]. Dostupné z: [31] REDAKCE. Polarizační výhybka aneb jak navýšit přenosovou kapacitu [online]. Polarizační výhybka aneb jak navýšit přenosovou kapacitu - Internet pro všechny [cit ]. Dostupné z: [32] REDAKCE. Pozvání k nahlédnutí pod pokličku přípravy spojů, zejména vysokokapacitních [online]. Pozvání k nahlédnutí pod pokličku přípravy spojů, zejména vysokokapacitních - Internet pro všechny [cit ]. Dostupné z: [33] SPONA.CZ. Návrh na vydání územního rozhodnutí [online] [cit ]. Dostupné z: [34] STE. Enigma - SNR AGC BER??? signál?. V: SATforum.cz [online] [cit ]. Dostupné z: [35] VÁCLAVÍK, Lukáš. Internet v Česku slaví 20. výročí. Z ČVUT se přesunul i do našich kapes. [online]. Internet v Česku slaví 20. výročí. Z ČVUT se přesunul i do našich kapes Cnews.cz 2012 [cit ]. Dostupné z: 20-vyroci-z-cvut-se-mezitim-presunul-i-do-nasich-kapes [36] VACULIN, Jan..Jak žádat o WiMAX licenci v pásmu 3,5 GHz [online]. Wimax.cz - vše o bezdrátové technologii WiMAX - Jak žádat o WiMAX licenci v pásmu 3,5 GHz 2008 [cit ]. Dostupné z: [37] VACULIN, Jan. Realita WiMAXu v ČR - 2. díl [online]. Wimax.cz - vše o bezdrátové technologii WiMAX - Realita WiMAXu v ČR - 2. díl [cit ]. Dostupné z: [38] WIFIMORAVA.COM. Proč někdy nestačí pouze vidět na přípojný bod (Access Point)... aneb první Fresnelova zóna a On-Line kalkulačka. [online] [cit ]. Dostupné z: [39] WIKIPEDIE: OTEVŘENÁ ENCYKLOPEDIE: Decibel [online]. c2013 [citováno ]. Dostupný z WWW: [40] WIKIPEDIE: OTEVŘENÁ ENCYKLOPEDIE: Historie internetu [online]. c2012 [citováno ]. Dostupný z WWW: [41] WIKIPEDIE: OTEVŘENÁ ENCYKLOPEDIE: IEEE [online]. c2012 [citováno ]. Dostupný z WWW: [42] WIKIPEDIE: OTEVŘENÁ ENCYKLOPEDIE: FTTx [online]. c2013 [citováno ]. Dostupný z WWW: 64

65 [43] WIKIPEDIE: OTEVŘENÁ ENCYKLOPEDIE: Multiple-input multiple-output [online]. c2012 [citováno ]. Dostupný z WWW: [44] WIKIPEDIE: OTEVŘENÁ ENCYKLOPEDIE: Optické vlákno [online]. c2013 [citováno ]. Dostupný z WWW: 8 [45] WIKIPEDIE: OTEVŘENÁ ENCYKLOPEDIE: OFDM [online]. c2012 [citováno ]. Dostupný z WWW: [46] ZAHRADNÍK, Tomáš. NÁVRH ROZŠÍŘENÍ WIFI SÍTĚ. Brno, Dostupné z: Bakalářská práce. VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ [47] Zákon č. 127/2005 Sb., o elektronických komunikacích a o změně některých souvisejících zákonů. In: Sbírka zákonů Dostupné z: [48] ZANDL, Patrick. Bezdrátové sítě WiFi: praktický průvodce. Vyd. 1. Brno: Computer Press, 2003, 190 s. ISBN

66 9 Seznam použitých obrázků Obrázek 1 - Schéma sítě CESNET r [12]... 7 Obrázek 2 - Trasa bezdrátového spoje, která nelze realizovat (není přímá viditelnost) [18] Obrázek 3 - Bezchybná trasa bezdrátového spoje (ideální Fresnelova zóna) [18] Obrázek 4 - Mapa dešťových zón (dle Rec.ITU-R PN.837-1) [30] Obrázek 5 - Útlum způsobený deštěm pro H, V polarizaci a dešťové zóny pro 10 GHz [30]. 28 Obrázek 6 - Fresnelova zóna [30] Obrázek 7 - Nesprávně provedená instalace spoje (není viditelnost) [17] Obrázek 8 - Nesprávně provedená instalace spoje (překážky ve Fresnelově zóně) [17] Obrázek 9 - Správně provedená instalace spoje [17] Obrázek 10 - Kmitočtová tabulka pro pásmo 10,3 10,6 GHz [29] Obrázek 11 - Kmitočtová tabulka v případě více parabol stejnými směry [29] Obrázek 13 - Modem MicroLan [14] Obrázek 14 - Modemy MicroLan v racku [14] Obrázek 12 - Spoje MicroLan [14] Obrázek 15 - Zjištění zarušení spoje Microlan [14] Obrázek 16 - Prostředí programu ASD dohledový systém [14] Obrázek 17 - Webový klient pro správu spoje Orcave [14] Obrázek 18 - Schéma spoje a s polarizační výhybkou [32] Obrázek 19 - Spoj s polarizační výhybkou [31] Obrázek 20 - Polarizační výhybka [2] Obrázek 21 - IDU jednotky WaveForm v racku [14] Obrázek 22 - Webové rozhraní pro správu provozovaného spoje Waveform [14] Obrázek 23 - Montáž ODU a antény WIMAX [14] Obrázek 24 - Montáž IDU WIMAX [14] Obrázek 25 - Ukázka finální verze trasy projektu optické sítě [14] Obrázek 26 - SM vlákno [16] Obrázek 27 - MM-SI vlákno [16] Obrázek 28 - MM-GI vlákno [16] Obrázek 29 - Schematické znázornění různých konfigurací FTTx [42]

67 10 Seznam použitých tabulek Tabulka č. 1: Počet domácností v ČR s připojením k internetu Tabulka č. 2: Počet podniků v ČR s připojením k internetu Tabulka č. 3: Typ použité technologie připojení k internetu v domácnostech Tabulka č. 4: Typ internetového připojení v domácnostech Tabulka č. 5: Rychlost internetového připojení v podnicích Tabulka č. 6: Limity ČTÚ pro frekvenční pásma 2,4 GHz a 5 GHz Tabulka č. 7: Přehled standardů IEEE Tabulka č. 8: Intenzita srážek R (mm/h) ITU-R P.837 Tabulka č. 9: 60 % první Fresnelovy zóny pro 10 GHz Tabulka č. 10: Příkazy pro spoje MicroLan Tabulka č. 11: Závislost kapacity linky a citlivosti na modulaci v pásmu 3,5 GHz Tabulka č. 12: Srovnání charakteristik SM a MM vláken 67

68 Vzor individuálního oprávnění Příloha č. 1 1

69 Profil terénu z programu RadioLab Příloha č. 2 1

70 Datasheet bezdrátové minipci Atheros CM9 Příloha č. 3 1