Приймально-передавальний формувач інформаційного потоку для каналу зв’язку із підвищеною спектральною ефективністю та пропускною здатністю

Реферат: Приймально-передавальний формувач інформаційного потоку для каналу зв'язку із підвищеною спектральною ефективністю та пропускною здатністю містить приймальний та передавальний тракти. До його складу введено n приймально-передавальних блоків, в передавальній частині кожного із яких введено кодер, модулятор, підвищуючий частотний конвертор, за допомогою яких формується n окремих частотно рознесених потоків, які об'єднані частотним розгалужувачем із функцією канального суматора в загальний інформаційний потік. Кожна приймальна частина містить декодер, демодулятор, понижуючий частотний конвертор. Кожен із n приймальних блоків підключений до частотного розгалужувача прийнятого загального інформаційного потоку. UA 84923 U (12) UA 84923 U UA 84923 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до спеціальної техніки радіозв'язку, що забезпечує обмін даними по каналу зв'язку в терагерцовому частотному діапазоні. Використання цього діапазону актуальне в першу чергу в зв'язку із вичерпаністю частотного ресурсу в діапазонах, які масово використовуються сьогодні в системах безпроводового зв'язку. Другим фактором, що визначає актуальність такого частотного діапазону, є необхідність в передаванні значної по об'єму інформації, що потребує передачу високошвидкісних (до 1 і більше ГГц/с) потоків даних. Створення такої системи передачі пов'язане з низкою утруднень. Це, по перше, освоєння діапазону біля 140 ГГц, в якому затухання електромагнітного хвилі при розповсюдженні по безпроводовій лінії високе, а обладнання лінійного тракту (підсилювач потужності із вихідною потужності, що дозволило б компенсувати втрати енергетики) по прийнятній ціні практично відсутнє, і по друге, необхідність створення практично доцільного гігабітного потоку також може привести до неприйнятної вартості системи передачі. Таким чином стоїть задача передачі транспортного потоку до 2 Гбіт/с по лінії, створеній в частотній області біля 140 ГГц і вище. Тобто канал передачі даних повинен займати в якості середовища розповсюдження вказаний частотний діапазон, а в якості транспорту використовувати передачу потоку біт із швидкістю одиниці Гбіт/с, забезпечуючи при цьому прийнятну якість передачі. Вартість обладнання повинна бути мінімальною. Найбільш близькою по своїй технічній суті до пропонованого технічного рішення є мікрохвильова інтегрована телерадіоінформаційна система МІТРІС-ІНТ, [1], що забезпечує передачу та прийом даних по каналах радіозв'язку. Приймально-передавальний тракт центральної станції системи, що прийнята за найближчий аналог, МІТРІС-ІНТ містить принаймні один передавально-приймальний ствол, що включає в себе передавач в складі кодера, модулятора QPSK, лінійний тракт, та приймальний тракт, що створюється головною приймальною станцією (ПС), що включає в себе лінійний тракт, вихід якого підключений до входу блока подільника, виходи якого з'єднані з блоками демодуляції (dконвертор), а абонентська станція містить лінійний тракт, який з'єднується з передавачем (кодер, модулятор QPSK, UP-конвертор і приймачем d-конвертор, демодулятор, декодер. Основним недоліком системи-найближчого аналога є не досить ефективне використання її технічних можливостей при застосуванні її для організації доступу до ресурсів Інтернет масового користувача. Це зв'язано в першу чергу з малоефективним використанням ресурсу пропускної здатності створюваних каналів зв'язку, особливо зворотних каналів. Згідно із статистикою доступу користувачів до служб Інтернет зворотний канал потребує значно меншого значення пропускної здатності, ніж прямий канал. Ефективне використання може бути при умові повного завантаження як прямого, так і зворотного каналів. Другим недоліком системи-найближчого аналога є висока вартість передавального та приймального тракту (модулятор/демодулятор, перетворювач частоти, маршрутизатор), яка складає біля $15000….$20000 для кожного тракту. Найбільш вагомим недоліком є недостатня пропускна здатність системи, особливо по зворотному каналу (максимальна, яка може бути надана одному абоненту, - біля 2,5 Мбіт/с). Задачею даної корисної моделі є створення на базі системи-найближчого аналога та останніх досягнень в галузі комунікацій блока формувача в складі приймально-передавального блока, із підвищеною пропускною здатністю та низькою вартістю, що дозволить використання його як в магістральних каналах передачі, так і системах мультисервісного доступу. Зазначена задача вирішується тим, що в блоці формувача використовуються технічні рішення, що базуються на елементах в вигляді чіпу, що масово випускаються в серійному виробництві і використовуються в мережах Wi-Fi. Це, наприклад, блок модуляторів демодуляторів Mikrotik R52nM, який дозволяє отримати швидкість у прямому та зворотному каналах по 150 Мбіт/с. Вхід передавальної та вихід приймальної схеми в складі даного чіпу бітовий потік в форматі Ethernet, а вихід передавальної та вхід приймальної схеми в складі даного чіпу - символьний потік на частоті в діапазоні біля 2 або 5 ГГц. Модуляція та демодуляція може програмно перебудовуватися від BPSK до QAM-64. Смуга отриманого сигналу складає 40 МГц. При цьому швидкість в каналі зв'язку складає 150 Мбіт/с. Підвищення спектральної ефективності досягається використанням багатопозиційної модуляції (QAM-64). Подальше підвищення швидкості в каналі зв'язку досягається створенням блока, що виконує кодування та модуляцію потоку в форматі Ethernet із розподілом по суміжних частотних смугах та об'єднанні їх в загальний багаточастотний потік в передавальній частині та розподілу по вихідних частотних смугах із подальшою їх демодуляцією, маршрутизацією та формуванням Ethernet інтерфейсу в приймальній частині. Результуюча (сумарна) швидкість при 1 UA 84923 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 створенні восьми частотних потоків при модуляції QAM-64 складе 1200 Мбіт/с в кожному напрямку. Сумарна смуга із врахуванням захисних частотних інтервалів (ширини смуги фільтрів, що обмежують смуту кожного потоку) складе менше 400 МГц. Приймально-передавальний формувач, що складається із приймального та передавального трактів, відрізняється тим, що до його складу введено n приймально-передавальних блоків в форматі чіпа, в передавальній частині якого є кодер, модулятор, підвищуючий частотний конвертор, за допомогою яких формується n окремих частотно рознесених потоків, які об'єднуються в загальний інформаційний потік, а приймальна частина включає декодер, демодулятор, понижуючий частотний конвертор, кожен із n приймальних блоків підключаються до частотного розгалужувача прийнятого загального інформаційного потоку. Таке технічне рішення дозволяє створення каналу зв'язку в необхідному частотному діапазоні, наприклад, методом гетеродинного перетворення до потрібного рівня, в тому числі і до вказаного 140 ГГц. На кресленні показаний загальний варіант структурної схеми формувача для створення шести інформаційних каналів із інформаційною шириною по 40 МГц кожен та приймання шести аналогічних каналів. Тут позначено: 1 - аналоговий розгалужувач каналів 2 - аналоговий суматор каналів 3 - радіомодуль Mikrotik R52nM 4 - маршрутизатор Mikrotik RB800 Основні параметри Mikrotik R52nM наступні: Формат: miniPCT Стандарти: 802.11 a/b/g/n Частоти: 2,4 і 5 ГГц (вказані частоти реалізуються як в трактах на передачу, так і на приймання). Вихідна потужність: 25 dBm Модуляція: OFDM: BPSK, QPSK, 16 QAM, 64 QAM; DSSS: DBPSK, DQPSK, CCK Смуга вихідних частот: 40 МГц При використанні модуляції 64 QAM в реальних умовах швидкість в каналі на передачу та приймання складе по 150 Мбіт/с. Для зниження можливої інтерференції вибирається рознесення смуг в 2,5 МГц. Тобто при використанні восьми радіомодулів на передачу та восьми на приймання реалізується сумарна швидкість 1,2 Гбіт/с як на передачу, так на приймання. Потрібне значення частотного діапазону реалізується перетворенням частотного діапазону (наприклад, 2,5 ГГц) в необхідний, зокрема, терагерцовий діапазон. У показаній на схемі умовно відображено по 6 радіомодулів, наприклад Mikrotik R52nM на передачу та приймання. Реально в блок вводиться необхідна кількість радіомодулів для отримання відповідної швидкості передачі та дальності зв'язку. Пристрій працює наступним чином. Запит абонента на доступ до послуги передачі даних, наприклад, до послуг мережі Інтернет, від комп'ютера абонента в форматі Ethernet поступає на вхід абонентської станції (АС) і по цьому ж інтерфейсу поступає на вхід маршрутизатора 4, де він маршрутизується через канал передачі даних системи доступу до серверу провайдера послуги і подається на вхід радіомодуля 3. В радіомодулі 3 запит проходить низку процедур на рівні транспортного потоку, модулює несучу модуляцією OFDM із вибраним типом модуляції піднесучих. Отриманий символьний потік на частоті в районі 2 чи 5 ГГц поступає на вхід аналогового суматора 2. В цьому суматорі усі символьні потоки, що поступили на входи суматора 2, об'єднуються в загальний багаточастотний потік, який подається на вхід лінійного тракту абонентської станції. В ньому формується потрібна частота сигналу і антена АС випромінює запит по каналу зв'язку до приймача центральної станції (ЦС), що базується на такому ж формувачі, в якому виконуються процедури відновлення цифрового потоку, маршрутизації до мережевої адреси сервера lжерела інформації і у форматі Ethernet запит поступає на сервер провайдера. Відмітимо, що в АС маршрутизація може і не виконуватися, якщо потреба в цьому відсутня. Від сервера провайдера (чи серверів провайдерів різних інформаційних мереж) інформаційний потік маршрутизується по мережевій адресі АС, що надіслала запит, подається на вхід передавального тракту ЦС, ще раз маршрутизується по ІР адресі (або комутується по фізичній адресі) абонента, проходить обробку в лінійному тракті і випромінюється в сектор дислокації абонента. 2 UA 84923 U Джерело інформації: 1. Мікрохвильова інтегрована телерадіоінформаційна система МІТРІС-ІНТ. Деклараційний патент України № 51495А з пріоритетом від 12.04.2002 р. 5 10 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Приймально-передавальний формувач інформаційного потоку для каналу зв'язку із підвищеною спектральною ефективністю та пропускною здатністю, що містить приймальний та передавальний тракти, який відрізняється тим, що до його складу введено n приймальнопередавальних блоків, в передавальній частині кожного із яких введено кодер, модулятор, підвищуючий частотний конвертор, за допомогою яких формується n окремих частотно рознесених потоків, які об'єднані частотним розгалужувачем із функцією канального суматора в загальний інформаційний потік, кожна приймальна частина містить декодер, демодулятор, понижуючий частотний конвертор, а кожен із n приймальних блоків підключений до частотного розгалужувача прийнятого загального інформаційного потоку. Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3