Технологии мультисервисных сетей - MMDS. MMDS – еще одна технология беспроводного доступа

Если несколько лет назад Интернет рассматривался как одно из средств общения или даже как развлечение, то сейчас – это один из самых мощных механизмов связи, работы и получения информации. Не удивительно, что рост Всемирной паутины просто катастрофически велик. Поэтому весьма актуальным становится вопрос о создании скоростных и надежных каналов связи. Наиболее естественным и распространенным до сегодняшнего дня является проводное соединение: витая пара, оптоволокно или телефонная линия. Использование радиосредств было достаточно редким явлением и в основном применялось для спутниковой связи при передаче сигнала за океан. В то же время создать эффективные каналы доступа к сети на основе проводного соединения довольно трудно. Прокладка кабеля – дело дорогое и трудоемкое, даже если не использовать оптоволокно. Позволить себе прокладку таких магистральных линий могут лишь крупные компании и сетевые операторы. Использование же телефонных сетей общего пользования дает малую пропускную способность. В такой ситуации весьма реальной становится использования радиосигнала для передачи информации. Особенно это актуально на «последней миле», когда нужно довести сигнал до конкретного абонента. Именно об этом и пойдет речь в данной статье.

Вначале коротко рассмотрим физическую сторону дела. Речь идет о возможности передачи и приема радиосигнала в довольно широком диапазоне частот. Давайте для начала вспомним, что радиоволны, видимый свет, радиоактивное излучение и те волны, о которых мы сейчас говорим, - все это есть электромагнитное излучение, только частоты его лежат в разных диапазонах. Тот диапазон, о котором говорим мы, изменяется от мегагерц до нескольких десятков гигагерц. Так что же происходит с точки зрения физики? Передатчик испускает некоторый специальный набор радиоволн, а приемник на некотором расстоянии от передатчика его принимает. Если бы даже все происходило в вакууме и без препятствий, то имело бы место затухание волны, причем обратно пропорциональное квадрату расстояния. Однако поскольку радиоволны распространяются в воздушной среде имеет место затухание, связанное с сопротивлением воздуха. Более того, как известно на примере видимого света, который преломляется в призме или в каплях воды, возможно преломление излучения. Плюс к тому в городах и населенных пунктах имеет место отражение от предметов, например домов. Последние два явления изменяют направление излучения, но что приятно - ни один из вышеперечисленных эффектов не изменяет частоты. То есть в какой-то степени частота – это та величина, которая и должна использоваться для кодирования информации в радиоволне. Однако есть еще два явления, которые осложняют этот процесс. Это дифракция и интерференция радиоволн. Первое – это просто огибание волной препятствий. Второе – это наложение радиоволн. Последнее наиболее неприятно. Ясно, что может сложиться ситуация, когда волны при наложении даже могут полностью гасить друг друга. Отсюда видно, что основная техническая проблема передачи радиосигнала – это возможность формирования такой волны, которая, даже претерпевая все описанные изменения, доходила бы до приемника, сохраняя изначальную информацию. И проблема не только в том, чтобы информация дошла. Дело в том, что на приемник попадает несколько волн. Они все несут одну и ту же информацию, но пойдут разными путями.

Для того чтобы решить эти технические проблемы, разрабатываются специальные способы модуляции сигнала, то есть кодирования в нем информации. Если при передаче по кабелю применяют модуляцию напряжения, то есть изменение амплитуды сигнала, то при радиосвязи чаще используют модуляцию частоты или фазы. Также нередко используют смешанную модуляцию. Все это делается для того, чтобы при попадании в приемник обеспечить надежный способ, помогающий отличить основной сигнал от повторных, отраженных, и тому подобных. Также при оригинальной модуляции сигнала вы избавляетесь от помех, которые могут быть, если поблизости есть передатчик с очень близкими или кратными частотами (отличающимися от используемой в целое число раз). Наиболее совершенные способы модуляции сигнала используют также эффекты поляризации излучения, то есть возможности задать плоскость, в которой происходят колебания электромагнитного поля. В идеальном случае даже при наличии определенных помех при распространении сигнала и при условии того, что передатчик и приемник не находятся в зоне прямой видимости друг друга, возможен обмен сигналами. Одной из таких технологий модуляции, позволяющих устанавливать приемник и передатчик не в прямой взаимной видимости, является модуляция Vector Orthogonal Frequency Division Multiplexing (VOFDM), применяемая в радиоустройствах фирмы Cisco. Она позволяет передавать сигнал в условиях непрямой видимости на расстояние в несколько километров. Скажем сразу несколько слов о расстояниях. В условиях прямой видимости и без помех стандартные радиоустройства передают сигнал на несколько десятков километров. Однако, когда речь идет о населенных пунктах, необходимо проводить тестирование непосредственно по месту для определения возможных проблем. Также на передачу сигнала могут влиять другие передатчики, находящиеся в непосредственной близости от устройства. Атмосферные явления, такие как осадки, грозы, просто повышенная влажность, тоже негативно влияют на передачу сигнала. Поэтому давать сколь-нибудь точные данные о возможностях радиоустройств просто некорректно. Здесь стоит сделать одно важное замечание. С повышением частоты сигнала воздействие внешних факторов увеличивается, приводя к проблемам с передачей такого сигнала. Как одно из следствий - уменьшается расстояние, на котором возможно уверенное принятие сигнала. С другой стороны, при повышении частоты возникает больший простор для кодирования, так как увеличивается полоса частот, доступная для передачи данных. Это позволяет увеличить пропускную способность канала, передавая одновременно сигналы на нескольких частотах.

Модуляция сигнала

Выше было дано словесное описание процесса распространения сигнала и преодоления трудностей, связанных с помехами и препятствиями. Попробуем теперь дать более техническое описание процесса. Реальное распространение сигнала может быть проиллюстрировано следующим рисунком .

Отсюда наглядно видно, что к абоненту доходит несколько сигналов, причем в данном случае - ни одного прямого, что вполне реально. Нужно еще понимать, что при отражении от предметов часть энергии поглощается, что ослабляет сигнал. Кроме того, длина пути сигнала может быть различной, поэтому по разным путям сигналы приходят в разное время. В результате антенна абонента может получить сигналы, подобные изображенному на следующем рисунке .

В случае прямой видимости решение проблемы распознавания правильного сигнала очевидно, так как прямой сигнал всегда сильнее отраженного, то есть его амплитуда больше. По-настоящему проблема возникает, когда прямой видимости нет.

Многие современные продукты, касающиеся радиопередачи сигнала, работают с технологией Quadature Amplitude Modulation (QAM). Самый простой вариант основан на системе phase shift keying (PSK). Существует две разновидности этой системы: бинарная и квадратичная (BPSK и QPSK). В первом случае за счет использования сдвига фазы на величину f передается один бит за цикл, во втором случае – два, с использованием сдвига фаз на 1/2f, f и 3/2f. Если сочетать сдвиг фаз и модуляцию амплитуды, то получится так называемая технология16-QAM, способная передавать 4 бита за цикл. Это расширение можно производить и дальше, однако при этом возрастает влияние помех.

Для того чтобы сделать передачу радиосигнала более надежной, используются следующие технологии: QAM совместно с Decision Feedback Equalization (DFE), Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS), Frequency Division Multiplexing (FDM) и Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)

Технология DFE предназначена для того, чтобы устранять помехи, которые вызваны интерференцией соседних символов. Это связано с возможной большой задержкой (до 4 мкс), когда сигнал предыдущего символа накладывается на принимаемый в данный момент.

Технология базируется на методе QPSK. Но помимо этого передаваемый сигнал помещается в более широкую полосу, причем ширина последней определяется исходя из значения SNR для данной линии (SN – это отношение уровня сигнала к уровню шума). Более точно ширину можно представить формулой 10^(SNR/10)*(изначальную ширину). Видно, что этот метод просто экспоненциально неустойчив к помехам.

В технологии FDM сигнал в полосе передачи делится на несколько более узких полос , что позволяет использовать каждую из несущих для передачи данных. Чтобы защитить передаваемый сигнал, по всей полосе пропускания дается защитный тон (guard tone), снижающий пропускную способность канала, но необходимый для защиты от помех.

В технологии OFDM сигнал также делится на несколько несущих, которые рассматриваются как независимые. Следовательно, нет необходимости использовать защитный тон, что повышает пропускную способность канала. Чтобы избежать проблем интерференции, вызванных задержками сигналов, данные передаются порционно (волновыми пакетами), причем каждую такую порцию начинает и заканчивает специальный сигнал.

Модификация VOFDM (vector OFDM) использует тот факт, что в зависимости от положения антенн возможны различные разбиения полосы передачи на независимые несущие. То есть возможно, что одна антенна уверенно принимает один набор частот, а другая - иной. Это позволяет использовать несколько антенн по соседству для передачи сигнала на близких частотах.

Так вкратце выглядят технологии модуляции сигнала, применяемые на текущий момент. Отметим, что технология VOFDM является одной из наиболее современных и эффективных, особенно в условиях непрямой видимости.

Теперь немного поговорим о частотах, на которых идет передача данных. Интуитивно понятно, что теоретически частота может изменяться от нуля до бесконечности. Предел для радиоволн – это несколько сотен гигагерц. Однако, как мы хорошо знаем, частоты в несколько сотен мегагерц уже используются обычными радиостанциями, частоты 900 и 1800 МГц заняты сотовой связью. В дополнение к этому есть телевизионные частоты, частоты специальной связи (например, правительственной), частоты, на которых передаются сигналы со спутников, частоты, занятые военными, и др. Ясно, что использовать заданную наперед частоту нельзя, и, более того, в нашей стране использование передатчика любой мощности и на любой частоте необходимо лицензировать (исключение составляют диапазоны для любительских радиостанций в районе 27 МГц и диапазон 1890-1900 МГц для радиотелефонов, работающих по стандарту DECT). Что касается самих частот, то существует некоторая таблица, находящаяся в ведении ГКРЧ (Государственный комитет по радиочастотам), которая содержит информацию об используемых частотах: «Таблица распределения полос частот между радиослужбами Российской Федерации в диапазоне частот от 3 кГц до 440 ГГц». В ней пока еще есть пустые полосы и участки, зарезервированные для будущего использования. Правда, в ней отсутствуют конкретно выделенные участки для радиоканалов Интернета, но это, наверное, говорит лишь о том, что сразу всего учесть нельзя. Для использования некоторой частоты вам необходимо получить разрешение ГКРЧ. Затем нужно получить разрешение Главгоссвязьнадзора на установку оборудования, что связано с получением разрешения со стороны служб гражданского и военного радиовещания. После этого установка оборудования возможна. Правда, в последнее время действует решение ГКРЧ об использовании передатчиков в диапазоне 2400-2483,5 МГц на вторичной основе без разрешения ГКРЧ для каждого пользователя. Вторичная основа подразумевает возможность помех, связанных с работой других передатчиков в этом диапазоне. То есть понятно, что получить у нас разрешение на использование радиоустройства – дело непростое. Правда, есть преимущество, которое необходимо учитывать. Получая разрешение на использование канала, вы гарантированы от помех при работе.

В данной статье мы не планировали подробно обсуждать проблему выделения частот в нашей стране, поэтому ограничимся лишь вышеприведенным замечанием и заметим еще, что это не только трудно, но и долго и дорого. Самый важный вопрос, который встает перед покупателем радиооборудования, – возможность получения права на использование той частоты, на которой это устройство может работать. И это проблема не только продавцов, но и покупателей. Может сложиться ситуация, когда разрешение на продажу будет получено, но разрешение на установку, например в данной конкретной местности, - нет. Посмотрим, какие конкретно диапазоны могут нас интересовать. Я имею в виду не то, что могут разрешить, а то, что используется в других странах, поскольку вполне возможно, что вы захотите приобрести оборудование иностранной фирмы. Вот три гигагерцевых диапазона, рекомендованные в США:

MMDS = 2,500-2,690 ГГц (Multichannel Multipoint Distribution Systems);

UNII = 5,725-5,825 ГГц (Unlicensed National Information Infrastructure);

LMDS = 27,500-28,350 ГГц, 29,100-29,250 ГГц, 31,000-31,300 ГГц (Local Multipoint Distribution Services).

В сущности, с точки зрения физики во всех диапазонах все обстоит принципиально одинаково. Разница заключается в пропускной способности и устойчивости ко внешним воздействиям. Как было сказано выше, с увеличением частоты первое увеличивается, а второе уменьшается. Поясним более конкретно, что же мы имеем.

MMDS. Из-за использования низкой частоты отсутствует необходимость прямой видимости. Расстояния, на которых возможен уверенный прием сигнала, оцениваются в 30 км. Пропускная способность достигает 10 Мбит/c.
LMDS. Работает на гораздо более высоких частотах. Это заставляет использовать радиоустройства преимущественно в прямой видимости друг друга. Причем расстояния уверенного приема становятся на порядок ниже, зато возрастает пропускная способность, которая может достигать до 45 Мбит/c.
Средний диапазон UNII мы не будем обсуждать, скажем лишь, что, как следует из названия, он не лицензируемый, но это относится лишь к США.

Примером устройства, работающего в диапазоне MMDS, является разработка Cisco WT2772-PAA Broadband Fixed Wireless Transverter. Это решение типа «точка-точка» (point-to-point). Максимальная пропускная способность может достигать 44 Mбит/с, а расстояние – 30 км. В сущности, данная система представляет собой создание выделенного канала на основе радиосигнала. Гораздо более интересными для операторов связи будут разработки типа «точка-много точек» (point-to-multipoint), но, что касается Cisco, в данный момент такие устройства еще не выпущены на рынок и их появление ожидается в ближайшее время.

Вообще, если говорить о системах типа «точка-много точек», то диапазон LMDS предпочтительнее, так как возможно создание большого числа каналов и увеличение пропускной способности. Сейчас уже существуют разработки, которые функционируют в данном диапазоне. Далее речь пойдет об одной из них: Evolium LMDS фирмы Alcatel.

Технические характеристики данной системы следующие:

рабочее расстояние в условиях прямой видимости – до 5 км;
один концентратор способен поддерживать двустороннюю связь с 4 тыс. абонентов;
пропускная способность достигает 8 Мбит/с;
возможна передача не только данных, но и голоса;
рабочий диапазон: от 3,5 до 38,0 ГГц, хотя сейчас используется лишь 24,5-29,0 ГГц;
система позволяет создать беспроводной абонентский доступ; коммутацию голоса, данных и смешанный трафик (голос/данные); виртуальные выделенные линии (T1/E1 или N×64 Кбит/с); IP/Ethernet/ATM/Frame Relay; полосу пропускания по требованию;
возможна небольшая переконфигурация и увеличение сети;
высокое качество и скорость связи, сравнимые с волоконно-оптическими системами.

Система состоит из нескольких компонентов. Базовая станция, состоящая из базовой радиостанции (RBS) и цифровой базовой станции (DBS). Она является тем самым концентратором, который поддерживает до 4000 каналов связи. Абонентский терминал, состоящий из сплошной антенны диаметром 26 см, устанавливаемой вне помещения, и интерфейсного блока. Центр управления, предоставляющий функции администрирования, наблюдения и обслуживания системы.

Следует упомянуть о проблемах, возникающих при использовании радиоустройств для Интернета. О первой уже говорилось – это лицензирование использования таких средств. Вторая проблема- помехи. Даже если вы получили разрешение на использование некоторой частоты, это не означает, что вы сможете без проблем использовать приобретенные радиоустройства. То, что было сказано выше о гарантии от помех, означает лишь, что в данной местности больше нет передатчиков, использующих выделенную вам полосу. Однако, особенно при использовании устройств, работающих в диапазоне LMDS, вам нужно позаботиться по крайней мере о прямой видимости. Вторым фактором могут быть осадки и туман. Возможна такая ситуация, когда в результате многократного преломления на микрокаплях воды сигнал вообще не будет доходить до приемника. Конечно, эта проблема не является повсеместной, так как по крайней мере в Москве постоянных туманов не бывает, но все же вопрос остается. Еще одна проблема – это защита. Конечно, как и в проводной сети, здесь существуют алгоритмы шифрования информации, которые предохраняют данные от считывания или изменения, но все же чисто интуитивно радиосигнал выглядит более открытым. Он открыт в буквальном смысле слова, и перехват его другим приемником нельзя исключать. Изменить сигнал, конечно, трудно, так как для этого нужен передатчик на той же частоте, что будет быстро обнаружено теми же службами Госсвязьнадзора, которые выдают разрешения на использование оборудования. Но несмотря на существование этих проблем, радиосвязь для Интернета развивается и привлекает все больше внимания.

В заключение хочется сказать, что новейшие технологии, такие как LMDS, являются весьма привлекательными для операторов связи, обеспечивая техническую возможность быстрого подключения абонентов к сети и нетрудоемкое изменение структуры сетей. Хочется надеяться, что в дальнейшем одна из проблем – проблема лицензирования таких средств - найдет решение, например аналогичное разрешению на использование диапазона 2400,0-2483,5 МГц.

КомпьютерПресс 12"2000

Усиление вашей предполагаемой антенны вы можете быстро посчитать воспользовавшись моей, может несколько устаревшей по оформлению, программой для радиорасчетов .
Успехов вам, и дальнего телеприема! Е.Шустиков (UO5OHX ex RO5OWG)

Ответы на вопросы посетителей о применимости антенны для диапазона Wi-Fi

Размеры петли критичны? (сложно сделать маленькую правильную квадратную петлю 7*7мм из кабеля (от осцилографа)с внешним диаметром 3,5 мм а по оплетке 2.5мм.)проще 7 *27 по размеру четвертьволновой линии

Да, размеры критичны. В предложенной Вами длинне кабеля, с учетом коэффициента его укорочения, уложется более 1 длинны волны, т.е. в петле будут участки с обратным движением тока и соответственно подавлением сигнала. По моим соображениям петля не должна превышать пол-длинны волны в кабеле или быть еще короче. Я использовал полужесткий кабель 50 Ом, залудив оплетку серебряного кабеля с фторопластовой изоляцией, диаметром 3 мм, совпадающего по диаметру с капилярной трубкой из которой был сделан облучатель.
И еще. Обычно в осциллографических концах применяются кабели с волновым сопротивлением 150 Ом, как имеющие самую маленькую погонную емкость. Применение такого кабеля для соединения с конвертером приведет к появлению в нем стоячей волны из-за рассогласования сопротивлений т.к. входное сопротивление конвертеров обычно 50 Ом.
К строгой прямоугольности петли стремиться необязательно, она может быть достаточно округлой (но короткой, как я писал выше) ее можно плотно притянуть нитками к четвертьволновой линии в нижной ее части, где плотность тока максимальна а электрическая составляющая невелика. В этом случае симметрирование излучателя получается автоматически.

-по конструкцию облучателя. Я думаю изогнуть из проволки 1.5-2 мм - должно нормально получится

Облучатель конечно можно сделать и из проволоки, но если вы планируете использовать антенну для диапазона Wi-Fi то длины ВСЕХ элементов конструкции желательно пересчитать. Антенна была расчитана и смоделированна для диапазона MMDS 2,5-2,7ГГц со средней частотой 2,6ГГц и широкополоскость ее достигнута за счет большого относительного диаметра элементов облучателя. Применение проволоки меньшего диаметра, конечно же снизит широкополосность, что впрочем для узкого диапазона Wi-Fi несущественно. Но наилучшие результаты все же будут получены если длины всех элементов конструкции увеличить в 2600/2441,75 = 1,0648 раза, переведя ее резонансную частоту в середину Wi-Fi диапазона. Такой пересчет размеров желательно сделать даже если Вы используете такой же капиляр 3 мм как у меня, т.к. для связи каждый децибел сигнала важен.

-АП соединю с антенной кабелем сантиметров 50. Прочитал что на таких частотах длина кабеля должна быть кратна длине волны - а как реально длину кабеля подобрать?

Необязательно! При согласованном соединении, когда волновое сопротивление кабеля совпадает с входными сопротивлениями облучателя и конвертера (или приемо-передатчика Wi-Fi), в кабеле устанавливается режим бегущей волны при котором длинна кабеля никак не влияет на прохождение сигнала, добавляя только небольшое затухание (в Вашем случае около 0,5дБ) из-за потерь в проводниках и диэлектрике изоляции кабеля на этих частотах.

- ясно. а если сделать кабель-петельку в 2 длины волны и уложить его восьмеркой как на рисунке можно получить бОльший сигнал и соблюсти "фазность" токов

Я нарисовал Вам мгновенное распределение токов (красные стрелки и эпюры) и напряжений (синие стрелки и эпюры) в симметрирующе-согласующей линии и двух вибраторах. Из рисунка видно, что максимум тока в четвертьволновой линии находится в самом низу в месте ее перегиба. Там же находится и максимум ее магнитного поля. В этом же месте располагается и петля связи (на рисунке я ее условно сдвинул вниз). Видно, что напрвления токов петли и линии совпадают. В случае восьмерки такого совпадения добиться не удастся. Тем более в случае удвоенной длинны волны в петле будет 4(!) участка с противоположным направлением токов. На рисунке петли показан ток текущий по внутреннему проводнику кабеля, именно он и создает ее магнитное поле. Оболочка кабеля в петле служит лишь электростатическим экраном препятствующим попаданию емкостных токов линии в центральный проводник кабеля. Чтоб не получилось короткого замыкания для магнитной составляющей этот экран не должен замыкаться на себя в месте припайка жилки кабеля (короткозамкнутый виток). Кроме этого, вверху линии в точках соединения ее с вибраторами находятся максимумы напряжения линии и вибраторов. Пэтому помещение туда петли, а равно как и
использовании большой петли, вызовет большие емкостные токи на оплетку кабеля вызывая потери сигнала и рассимметрирование антенны. И вообще в антенном хозяйстве вблизи концов антенн с максимумом напряжения не должно нахдится никаких металлических предметов для исключения искажения поля в ближней зоне и потери сигнала. К четверьволновой линии это не относится т.к. она имеет бесконечно большое сопротивление на концах и наилучшим образом согласована с концами вибраторов.

Ранее мы упомянули о таких системах сотового телевидения, как MMDS (Multichannel Microwave Distribution System ), LMDS () или MVDS (). Сейчас мы разберем каждую систему подробно и определим плюсы и минусы каждой из них.

Многоканальная Многоточечная Распределительная система – в английской аббревиатуре MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System ) – это система наземного телевещания, аналог кабельного телевидения, но без кабеля, некоторым образом сходная со спутниковой телевещательной системой – только спутник-ретранслятор в этом случае как бы находится на земле. Во многих случаях этот способ распространения теле- и радиопрограмм имеет неоспоримые преимущества перед давно известными и широко используемыми – по кабельным сетям и посредством спутников – ретрансляторов. Так, в частности, приёмные антенны могут быть значительно меньше спутниковых, ведь мощность MMDS - сигнала гораздо больше, чем сигнал от спутника. Ширина частотного диапазона составляет 2686-2500 = 186 МГц. В этой полосе можно разместить до 24 аналоговых телевизионных каналов принятого в России стандарта D (SECAM, 8 МГц) или до 31 канала европейского стандарта B (PAL, 6,5 МГц). Для западных стран это немного, поэтому системы MMDS строятся, как правило, там, где создание кабельной сети невозможно или нецелесообразно.

Преимущества MMDS :

· Недорогое абонентское обслуживание

· Минимальное (по сравнению с сетями кабельного телевидения) количество технических специалистов

· Легкость подключения конечного пользователя вследствие отсутствия привязки к кабельной инфраструктуре

· Низкая себестоимость владения каналов каналами и обслуживания каналообразующего оборудования по сравнению со стоимостью владения и поддержкой работоспособности аналогичной кабельной инфраструктуры

Недостатки MMDS:

· Общее количество транслируемых телевизионных каналов не может превышать 24

· Быстрое развертывание системы в конкретной местности вследствие простоты установки как базового передающего оборудования, так и сети ретрансляторов

· Возможность использования сети MMDS в качестве ретранслятора как государственных, так и местных кабельных телеканалов

Рис. 3 - Структурная схема MMDS

LMDS (Local Multipoint Distribution System ) представляет собой широкополосную систему беспроводных телекоммуникаций типа «точка-многоточка», которая функционирует в диапазоне частот выше 20 ГГц (конкретный диапазон зависит от страны и местного лицензирования диапазонов). Система LMDS предназначена для одно- или двусторонней передачи голоса, данных, Интернет-трафика и видео. LMDS можно перевести как локальная многоточечная распределительная система.

По своей сути технология LMDS - это сотовая система передачи информации для фиксированных абонентов на основе радиоканала миллиметрового диапазона волн. Основа ее организации копирует принцип организации сети в мобильной сотовой связи. Для покрытия определенной территории (обычно города) разворачивается сеть перекрывающихся сот, в центре каждой из которых устанавливается базовая станция. Одна такая станция в системе LMDS позволяет охватить район с радиусом в несколько километров и подключить несколько тысяч абонентских станций. При этом сами станции в системе LMDS объединяются друг с другом высокоскоростными наземными каналами связи либо радиоканалами.

Преимущества LMDS:

Беспроводная система, что не требует прокладки дорогостоящих кабельных линий связи.

Возможность развертывания сети за малый промежуток времени

При необходимости система может быть в короткие сроки демонтирована и установлена в другом месте.

По сравнению с аналогичными по скорости передачи проводными каналами связи, развертывание абонентского терминала LMDS и абонентская плата за канал ниже.

В России система LMDS пока не получила распространения.

MVDS (Multipoint Video Distribution System ) представляет собой широкополосную систему беспроводных телекоммуникаций типа «точка - многоточка», основным предназначением которой является передача видео (в том числе ТВ-программ). Сегодня в системе MVDS к видео сигналу с помощью IP - инкапсулятора можно добавить Internet, голос по IP и другие типы сервисов. Поэтому постепенно стираются различия между системами LMDS и MVDS, хотя первоначально первая из них предназначалась для широкополосной передачи в основном данных, а вторая - только видео. MVDS можно перевести как «многоточечная распределительная система видео». По своей сути MVDS - это сотовая система передачи информации для фиксированных абонентов на основе радиоканала миллиметрового диапазона волн. По принципу своей организации MVDS копирует принцип организации сети в мобильной сотовой связи. Для покрытия определенной территории (обычно города) разворачивается сеть перекрывающихся сот, в центре каждой из которых устанавливается базовая станция (БС). Одна БС позволяет охватить район в виде окружности (в реальности - это многоугольник) с радиусом в несколько километров и подключить несколько тысяч абонентских станций (АС). Сами БС объединяются друг с другом высокоскоростными наземными каналами связи либо радиоканалами.

Наиболее привлекательным качеством систем MVDS является ширина предоставляемого диапазона - 2 ГГц. Еще одной особенностью волн этого диапазона является прямолинейность их распространения. Они не способны огибать даже небольшие препятствия, а напротив - отражаются от них практически без искажений. Практика показала, что на частоте 40 ГГц удовлетворительно принимаются сигналы, прошедшие 4-кратное отражение. Это свойство может использоваться при проектировании высокочастотных систем раздачи сигнала. В системах MVDS могут применяться как аналоговый, так и цифровой способы передачи информации, а также различные системы модуляции. Однако для целей построения мультимедийных сетей актуальна разработка чисто цифровых систем. Можно выделить 2 типа систем: кабельные и спутниковые.

В «кабельном» типе систем применяются QAM модуляция и ширина каналов 8 МГц, а в «спутниковом» - QPSK модуляция и ширина канала 36-40 МГц.

Спутниковый вариант MVDS позволял передавать до 30 ТВ каналов стандартного качества и обеспечивал прием сигнала на 25-сантиметровую рупорную антенну в радиусе 10 км, а кабельный - до 100 каналов, но на расстояние до 4.5 км при условии приема на 60-сантиметровую антенну. Мультимедийная сеть MVDS строится на базе головной станции. При формировании информационных потоков могут использоваться самые разнообразные источники - Интернет, эфирные, кабельные и спутниковые телевизионные каналы, различные местные источники информации.

Рис. 5 – Структурная схема системы MVDS.

Вызвана высокой динамикой развития информационных технологий по обеспечению уровня информационных услуг, а также все более возрастающим числом доступного контента для вещателя. По своему принципу работы MMDS аналогична традиционному эфирному телевещанию в аналоговой или цифровой формах, за тем исключением, что она исходно предназначена только для ограниченного круга потребителей (используются кодированные платные каналы для сбора абонентской платы).

В настоящее время в России для вещания в прямом канале выделен диапазон 2,5 – 2,7 ГГц (24 канала с полосой в 8 МГц). Для реверсного канала (в случае интерактивной MMDS) выделяется участок частот в диапазоне 2,1 – 2,3 ГГц.

К достоинству MMDS следует отнести простоту доставки TV сигналов до абонента при охвате значительной площади. MMDS обладает относительно низкой стоимостью передающего оборудования, в основном зависящей от числа транслируемых каналов, мощности передающих устройств и вида MMDS.

П ри низкой канальной мощности передатчика (обычно не более 100 Вт) удается охватить значительную зону вещания (до 50-70 км) за счет высокого коэффициента усиления приемной антенны (18…25 dB). При этом важно выбрать правильное место установки антенной системы с учетом требуемой санитарной зоны (обычно не более нескольких десятков метров) и рельефа местности.

В качестве источников сигнала используют традиционные головные станции, которые применяются и при построении СКТ.

О чень важным моментом при проектировании систем MMDS является правильный энергетический расчет зоны охвата с учетом высоты установки антенны. Такой расчет весьма трудоемок и сложен. Выполнить его можно только с использованием машинных методов расчета. При необходимости увеличения зоны охвата или при наличии теневых зон, устанавливаются ретрансляторы , работающие в автономном режиме.

В настоящее время MMDS следует рассматривать как мультисервисную беспроводную (WireLess) систему телевидения, т.е. по полной аналогии с СКТ. Такая двунаправленная система должна в обязательном порядке иметь возможность подключения беспроводной головной системы модемов (WMTS – Wireless Modem Termination System), работающей по стандарту DOCSIS 2.0 WMTS. Структурная схема интерактивной MMDS должна в обязательном порядке включать в себя передатчик, приемник, головную станцию (та же, что и в HFC) и WMTS в сочетании с необходимыми серверами. В одном из развернутых вариантов интерактивной MMDS показаны схемы подключения основных функциональных модулей с вариантом подключения канальных передатчиков и управляемой коммутационной матрицей (48 входов), позволяющей в ручном или автоматическом режиме транслировать в эфир требуемые каналы в заданное время из множества принимаемых или формируемых собственной телестудией.

П ользователей можно подключать как индивидуально, так и коллективно. С точки зрения формирования реверсного направления, коллективное подключение является более предпочтительным. При этом в голове кабельного сегмента устанавливается трансивер с приемо-передающей антенной (трансвертор) или дополнительная коллективная передающая антенна. При этом пользователи, подключенные к Internet, могут воспользоваться такой услугой как IPРV (разовая плата за просмотр в кредит), а также любыми другими услугами традиционных интерактивных сетей. Для сегментации активных абонентов обычно используют несколько технических приемов .

Т аким образом, можно сделать следующие рекомендации и выводы:

Системы MMDS по своему структурному построению очень близки к традиционным кабельным сетям (СКТ). Принципиальное отличие заключается в замене кабельных участков на эфир.
В MMDS могут транслироваться все виды сигналов, используемые и при построении СКТ: AM TV, DVB-C, DVB-T, DVB-H и др.
MMDS обладает более низкой стоимостью и значительно меньшими временными затратами в сравнении с СКТ. Однако MMDS предусматривает использование индивидуальных (или коллективных на небольшое число абонентов) антенн. А это влечет за собой неизбежное снижение числа подключаемых абонентов (включая и обязательное наличие теневых зон).
Значительно большими притягательными возможностями обладают интерактивные MMDS, предусматривающие обязательное наличие реверсного канала (по телефонной линии или по эфиру).
Очень важным моментом при выборе типа MMDS является не только ее технические параметры (например, выходная мощность и стабильность частоты), но и функциональные возможности. В первую очередь к ним относятся:
Ø возможность подсоединения WMTS, работающей по стандарту DOCSIS 2.0;
Ø наличие системы дистанционного менеджмента/мониторинга;
Ø возможность ее сопряжения с ВЧ цифровыми возбудителями (в первую очередь DVB-C/T/H);
Ø наличие системы автоматического резервирования по всем используемым модулям.
Большей зоной охвата обладают канальные MMDS в сравнении с диапазонными. Однако последние обладают более низкой стоимостью.
Для увеличения зоны охвата (а также увеличения возможностей и качества предоставления мультисервисных услуг) более экономичным является включение нескольких маломощных MMDS по схеме ячеистой структуры. При этом не только снижается стоимость системы в целом, но и облегчаются условия получения лицензии на вещание.
Весьма значительными преимуществами обладают MMDS, у которых конечный усилитель мощности выполнен в пыле- влагозащищенном корпусе и устанавливается в специальном контейнере в непосредственной близости от передающей антенны. При установке же передатчика в составе ГС наблюдаются некоторые противоречия, заключающиеся в следующем: для расширения зоны охвата необходимо максимально возможно поднимать передающую антенну (обеспечивая тем самым зону прямой радиовидимости). Но подъем антенны означает снижение излучаемой мощности в силу неизбежных потерь в подводящем кабеле. А снижение излучаемой мощности приводит к уменьшению зоны охвата при фиксированной мощности передатчика.
Приобретая MMDS, следует сразу обратить внимание на возможность ее работы по стандарту DOCSIS 2.0 WMTS (или версии 3.0). Согласно этому стандарту существенно ужесточены требования по стабильности выходной частоты, неравномерности ГВЗ и ряду других параметров. Никакая модернизация MMDS не позволит в дальнейшем внедрить широкий спектр востребованных услуг.
Правильно рассчитать зону покрытия интерактивной MMDS могут только высококвалифицированные специалисты, имеющие достаточный опыт в данном направлении и имеющие в своем распоряжении необходимые машинные методы расчета.

Если у Вас возникли какие либо вопросы, обращайтесь по E-mail.