Мікрохвильова інтегрована телерадіоінформаційна система мітріс-мюі

Мікрохвильова інтегрована телерадіоінформаційна система МІТРІС-МЮІ, що містить підсистему прийому, формування та обробки інформації, виходи якої підключено до входів центральної станції, що включає в себе НВЧ-передавач, який являє собою широкосмуговий НВЧ-блок фільтра U 1 3 рокосмугового НВЧ передавача, що являє собою НВЧ блок фільтрації, підсилення і перетворення ЧМ сигналів в НВЧ сигнал, вихід якого через лінію передачі сполучений безпосередньо з передавальною антеною, а також абонентських приймальних станцій, що включають у себе антену, конвертер і тюнер - ЧМ демодулятор, ретрансляторів сигналів центральної станції до абонентів для розширення зони прийому. Недоліком системи МІТРІС-М є недостатня спектральна ефективність, що зумовлено використанням аналогової частотної модуляції. При цьому при передачі аналогового сигналу потрібний значний частотний ресурс. Так, при передачі аналогового частотно-модульованого сигналу на одну програму телевізійного мовлення потрібна смуга частот близько 20МГц, що забезпечує прийнятну завадостійкість каналу зв'язку, а отже і якість зображення. Однак при цьому втрата частотного ресурсу неприйнятне велика. Вирішення проблеми шляхом створення цифрової моделі системи МІТРІС з використанням цифрової модуляції в стандарті DVB-S є проміжним варіантом, оскільки в значній мірі поступається по спектральній ефективності цифрової модуляції в стандарті DVB-C. Однак пряме використання КАМ-модуляції при випромінюванні інформаційних потоків в зону обслуговування системи МІТРІС в стандарті DVB-C приводить до зниження радіусу дії, а значить завадостійкості каналу зв'язку, що обумовлює додаткове зменшення зони обслуговування. Задачею дійсної корисної моделі є створення на базі існуючої аналогової мережі мікрохвильової інтегрованої телерадіоінформаційної системи передачі інформації, зокрема розповсюдження телевізійних програм, з мінімальною чутливістю до зазначених вище впливів та максимальною здатністю щодо зони покриття центральної станції системи. Поставлена задача вирішується тим, що в мікрохвильовій інтегрованій телерадіоінформаційній системі МІТРІС-МЮІ, що містить підсистему прийому, формування та обробки інформації, виходи якої підключені до центральної станції, що включає в себе широкосмуговий НВЧ-блок фільтрації, підсилення і частотного перетворення сигналу проміжної частоти у НВЧ сигнал, передавальну антенну, сполучену з НВЧ передавачем з'єднувальною радіочастотною лінією, програмований конвертор-формувач групового сигналу проміжної частоти з N входами і одним виходом, який сполучений із входом НВЧ передавача, абонентських приймальних станцій, кожна з яких включає в себе антену, конвертор з низьким рівнем шуму, а також ретрансляторів, згідно з корисною моделлю, новим є те, що до складу центральної станції введено N комбінованих модуляторів М-КАМ/ЧМ, виходи яких підключено до N входів програмованого конвертора-формувача групового сигналу проміжної частоти, а до складу кожної абонентської приймальної станції введені селективний демодуляторперетворювач частоти і тюнер стандарту DVB-C, причому вхід тюнера стандарту DVB-C підключено до виходу селективного демодулятора 32995 4 перетворювача частоти, який з'єднаний з конвертором з низьким рівнем шуму. Мікрохвильова інтегрована телерадіоінформаційна система МІТРІС-МЮІ, що заявляється, призначена для передачі цифрових пакетів телевізійного контенту. Система МІТРІС-МЮІ містить формувач цифрових пакетів телевізійного мовлення, що формує транспортні MPEG-потоки для безпосереднього їх спрямування на модулятори М-КАМ/ЧМ з використанням ASI інтерфейсу. Для підвищення спектральної ефективності каналу зв'язку використовується ефективна багатопозиційна амплітудно-фазова модуляція. Використання багатопозиційної модуляції вирішує задачу підвищення спектральної ефективності за рахунок зниження символьної швидкості при рівних бітових швидкостях. Але при цьому значно підвищуються вимоги до якості каналу передавання та зменшуються розміри зони обслуговування за рахунок того, що складні типи модуляції вимагають значно вищого відношення сигнал/шум на вході демодулятора. Крім того, канал зв'язку стає зовсім не захищеним від наслідків режиму "багатопроменевого" розповсюдження радіохвиль. Для того, щоб запобігти цьому пропонується здійснити ще одну модуляцію, на цей раз частотну, несучої більш високої частоти отриманим радіочастотним сигналом, що вже має багатопозиційну модуляцію. Таким чином, по суті, по каналах передаються ЧМ сигнали, що не тільки не спотворюються при обмеженні рівня в НВЧ передавачеві, але і використовують це обмеження для виключення паразитної амплітудної модуляції, як у звичайної системи МІТРІС при передачі ЧМ-сигналу. При цьому завадостійксть в зоні покриття системи дорівнює практично завадостійкості аналогового каналу зв'язку. Треба зазначити, що це не єдиний варіант комбінованої модуляції. В якості модулюючого сигналу може виступати не лише одна несуча з модуляцією КАМ, але також груповий сигнал з кількох несучих, що промодульовані з застосуванням різних складних типів модуляції, і навіть сигнали OFDM. При цьому складні типи модуляції присутні на коротких відрізках тракту обробки сигналу, де умови для-їх прийому и передачі реалізувати значно простіше. Головна перевага полягає в тому, що і в ефірному каналі і в найбільш висикочастотній частині обладнання завдяки використанню частотної модуляції значно пом'якшуються вимоги щодо лінійності амплітудної і фазової характеристик, стабільності частоти і фазового шуму обладнання, а також до якості каналу передавання щодо завмирань та групової затримки. Разом з тим, підвищення числа позицій первинної модуляції не тільки збільшує спектральну ефективність, але, по-перше, ускладнює прийом сигналу, а, по-друге, посилює вимоги до якості (до лінійності амплітудно-частотної та фазочастотної характеристик) тої частини обладнання МІТРІС-М, у якій ці сигнали присутні у первинному вигляді. Виходячи з цього, рекомендується використовувати первинну модуляцію КАМ-32, КАМ-64, КАМ 5 128 або КАМ-256, що дозволяє виконати прийом приймачами-демодуляторами стандарту DVB-C і не виявляє занадто високих вимог до тракту системи МІТРІС-М. Таким чином, у заявленому технічному рішенні вирішується задача стосовно підвищення спектральної ефективності при передачі цифрових високошвидкісних сигналів порівняно до тих типів модуляції, які забезпечують таку саму енергетику системи, по каналах існуючої мережі системи МІТРІС-М з частотною модуляцією і значною зоною покриття при мінімальних потужностях випромінювання. Нижче наведено більш докладний опис корисної моделі, що ведеться на прикладі варіанту його здійснення з посиланням на Фіг.1, Фіг.2, Фіг.3 прикладених креслень. На кресленні Фіг.1 представлена структурна схема мікрохвильової інтегрованої телерадіоінформаційної системи, що використовує вторинну модуляцію ЧМ із використанням додатково введеного обладнання та його зв'язків, що описуються в заявленому тут технічному рішенні; на Фіг.2, Фіг.3 наведені спектри сигналу на виходах модуляторів М-КАМ і ЧМ, відповідно. Як показано на Фіг.1, система МІТРІС-МЮІ, що заявляється, складається з підсистеми прийому, формування та обробки інформації 1, центральної станції 2, що включає в себе програмований конвертор-формувач групового сигналу проміжної частоти (ПЧ) 3, N-входи якого сполучені з виходами N комбінованих модуляторів М-КАМ/ЧМ 4, а вихід сполучений із входом потужного перетворювача в частоту надзвичайно високочастотного діапазону (НВЧ) 5, вихід якого через з'єднувальну радіочастотну лінію 6 сполучений з передавальною антеною 7, а також абонентських приймальних станцій 8, що включають в себе антену 9, конвертор з низьким рівнем шуму 10, селективний демодулятор - перетворювач частоти 11, тюнер стандарту DVB-C 12, ретрансляторів 13 сигналів центральної станції до абонентів для розширення зони прийому (покриття). Система (див. Фіг.1) працює наступним чином. Підсистема прийому, формування та обробки інформації 1 здійснює прийом і обробку сигналів від різних джерел і перетворює їх у відповідний формат для подачі їх в центральну станцію 2 на входи комбінованих модуляторів М-КАМ/ЧМ. Частотномодульовані сигнали різних амплітуд і частот у діапазоні проміжних частот 0,95...2,15ГГц із входів комбінованих модуляторів М-КАМ/ЧМ 4 надходять на входи програмованого конвертора-формувача групового сигналу проміжної частоти 3, де відбувається формування групового радіосигналу. У сформованому груповому сигналі всі сигнали рівні за амплітудою і відстроєні один від одного по частоті на однаковий вибраний частотний проміжок. Сформований таким чином груповий сигнал надходить на вхід проміжної частоти (ПЧ) потужного перетворювача 5, де відбувається фільтрація, перетворення і підсилення сигналів до достатнього для забезпечення зони покриття рівня у робочий діапазон системи, і через з'єднувальну радіочастотну лінію 6 - в антенний пристрій 7, де 32995 6 випромінюється в навколишній простір. Прийом сигналів НВЧ діапазону здійснюється абонентськими приймальними станціями 8, де прийняті сигнали через антену 9 надходять на конвертор 10 з низьким рівнем шуму, а далі після селекції, демодуляції ЧМ сигналів та їх перетворення по частоті в селективному демодуляторі - перетворювачі 11 надходять в кінцевий пристрій - тюнер 12 стандарту DVB-C, в якому відбувається демодуляція сигналів М-КАМ, а також демультиплексування та декодування отриманого транспортного потоку MPEG для подачі одержувачу (абоненту) інформації. Для розширення зони покриття в складі системи містяться ретранслятори 13. Комбінований модулятор М-КАМ/ЧМ складається з двох модуляторів, а саме - модулятора МКАМ, який здійснює багатопозиційну амплітуднофазову модуляцію, тобто 32-КАМ, 64-КАМ, 128КАМ або 256-КАМ та аналогового модулятора ЧМ, який здійснює частотну модуляцію несівної частоти тим сигналом, що надходить від М-КАМ модулятора. Модулятор М-КАМ містить ASI інтерфейс, скремблер, перемежувач, завадозахищаючі кодери Ріда-Соломона та Вітербі, формувач ансамблів сигналів (mapper) і, нарешті, саме квадратурний модулятор М-КАМ (тобто всі ті блоки, що відповідають вимогам стандарту DVB-C). Сигнали І та Q, що надходять від формувача ансамблю, здійснюють у модуляторі амплітудну і фазову модуляцію квадратурних складових несівної частоти в діапазоні частот від 3 до 11МГц. Ці сигнали разом утворюють сигнал радіочастоти М-КАМ. Він має для 64-КАМ та несівної частоти 5МГц вигляд того, який зображений на малюнку (Фіг.2) Процес формування сигналу М-КАМ у квадратурному модуляторі може здійснюватись як в аналоговій, так і в цифровій формі. У випадку використання цифрового модулятора він повинен закінчуватись цифроаналоговим перетворювачем, тобто в кінцевому вигляді це має бути аналоговий сигнал. Сигнал несучої частоти, який отримав модуляцію М-КАМ, спрямовується на другий аналоговий модулятор, який призначений для частотної модуляції несучої з більш високою частотою, наприклад, 480МГц радіосигналом М-КАМ. Спектр сигналу після аналогового модулятора ЧМ має вигляд, що відтворений на малюнку (Фіг.3). Спектр отриманого сигналу може займати смугу частот завширшки приблизно 20МГц. Ця смуга має бути обмежена за допомогою фільтра, який має відповідну смугу пропускання. В наведеному спектрі буде присутня несуча частота, рівень якої залежатиме від індексу частотної модуляції. Інші складові спектру сигналу, які є наслідком частотної модуляції, обмежуються фільтром. Порівняємо параметри комбінованого модулятора QPSK за М-КАМ/ЧМ з параметрами звичайного частотного модулятора, а також модулятора умов рівної пропускної спроможності. Для модуляції, наприклад, 64-КАМ при фіксованій символьній швидкості 6,952Мсимв/с бітова швидкість дорівнює 41,71Мбіт/с. За такої швидкості загального цифрового транспортного потоку може бути передано до 8-ми цифрових телевізійних каналів зі стисканням 7 MPEG-2. При комбінованій модуляції 64-KAM/FM канал передавання буде займати смугу частот 20МГц. Таким чином, спектральна ефективність для цієї технології буде дорівнювати 41,71Мбіт/с: 20МГц=2,08біт/с/Гц. Це більш ніж удвічі менше, чим для вихідної 64-КАМ модуляції (в середньому 4,8біт/с/Гц), але значно більше, чим для тих видів модуляції, що мають приблизно таку саму енергетику в радіоканалі, тобто QPSK або FSK. Таким чином, трохи поступившись модуляції 64-КАМ в спектральній ефективності, ми маємо змогу отримати наступні переваги: 1. Значно кращу енергетику радіоканалу. В системі з комбінованою модуляцією одноканальний передавач може працювати в умовах компресії, що сприяє поліпшенню коефіцієнту корисної дії (ККД). Для багатоканального (групового) передавача ця перевага менш суттєва, але дуже суттєвою залишається друга перевага. Вона зумовлена тим, що відношення сигнал/шум, або завада/шум для системи з комбінованою модуляцією наближається до тих значень, що відповідають звичайній частотній модуляції, тобто 10-12дБ. Для порівняння, найменше значення співвідношення сигнал/шум для 64-КАМ дорівнює 25дБ. А це означає, що за інших рівних умов, відстань зв'язку, що забезпечує система (тобто розмір зони обслуговування) може бути збільшений в три рази. 2. Менш жорсткі вимоги до стабільності частоти та рівня фазового шуму в каналі передавання, що пов'язано з використанням когерентного приймача. У цьому випадку вимоги до стабільності частоти будуть дорівнювати тим, що наявні для цифрових систем з частотною модуляцією, тобто не вище за 10-5. 3. Більша за ту, яка відповідає 64-КАМ, стійкість до наслідків режиму "багатопроменевого" розповсюдження сигналу. Наявність відбитих сигналів до певної міри не спричиняє зривів зображення. 4. Менші вимоги до лінійності амплітудночастотної та фазочастотної характеристик більшої частини каналу передавання. Це надає можливість використовувати з мінімальною модернізацією існуючі аналогові системи МЗТРІС для передавання великих обсягів цифрової інформації (великої кількості ТВ програм) при ефективному використанні радіочастотного спектру і без будьяких змін в НВЧ трактах. Центральна станція (див. Фіг.1) відрізняється від прототипу тим, що частотні модулятори замінені на комбіновані модулятори М-КАМ/ЧМ поз. 4, а підсистема формування й обробки інформації 1 побудована таким чином, що на її виході присутні сигнали відео та аудіо стандартного рівня. Комбі 32995 8 новані модулятори 4 працюють на проміжних частотах. Що знаходяться в межах діапазону 0,952,15ГГц, а їх сигнали перетворюються та об'єднуються в один груповий багаточастотний сигнал за допомогою програмованого конвертора - формувача групового сигналу 3. Груповий сигнал, що може займати смугу частот від 900МГц до 1900МГц, надходить до потужного перетворювача частоти 5 і далі через фідер 6 до антенного пристрою 7. Відмінність в структурі абонентської станції (Фіг.1) - це наявність нового пристрою, а саме селективного демодулятора - перетворювача частоти. Пристрій складається з двох головних частин: - селектора каналів, який нічим не відрізняється від селекторів каналів аналогових тюнерів супутникового телебачення. З виходу селектора каналів отримуємо сигнал основної смуги (base band), який має вигляд несучої (або багатьох несучих частот) в діапазоні частот 3-11МГц, що модульована (модульовані) сигналом М-КАМ (сигналами М-КАМ). - допоміжного підвищуючого перетворювача частоти, який потрібний для того, щоб здійснити перетворення низької проміжної частоти в більш високу частоту, на якій можливе приймання сигналу звичайним тюнером DVB-C, наприклад 480МГц. Порівняльний аналіз запропонованої у відповідності з формулою корисної моделі мікрохвильової інтегрованої телерадіоінформаційної системи МІТРІС-МЮІ із прототипом показує, що вона відрізняється наявністю нових функціональних вузлів і елементів з відповідними зв'язками, що надають системі більшу спектральну ефективність і помітно знижують її вартість в розрахунку на телевізійний канал. Запропоновані технічні рішення реалізовано в складі системи МІТРІС-МЮІ телерадіокомпанії "Чорне море" (м.Одеса) і успішно проходять дослідну експлуатацію. Література: 1. А. Антрошкевич. Применение MMDS для распространения телевизионных программ. ("Телеспутник", 1995г., №2). 2. Нарытник Т.Н., Бабак В.П., Ильченко М.В., Кравчук С.А. Микроволновые технологии в телекоммуникационных системах. Киев, "Техника", 2000г., стр.131. 3. Мікрохвильова інтегрована телерадіоінформаційна система МІТРІС-М. // Патент України на винахід №44933 від 15.03.2002р. з пріоритетом від 02.08.00. Автори Наритник Т.М., Гордійчук М.М., Ксьонзенко П.Я. та ін. 9 Комп’ютерна верстка А. Рябко 32995 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601