Мікрохвильова інтегрована телерадіоінформаційна система мультисервісного радіодоступу з підвищеною пропускною здатністю umds-k

Реферат: Мікрохвильова інтегрована телерадіоінформаційна система мультисервісного радіодоступу з підвищеною пропускною здатністю UMDS-K, що складається із центральної та абонентської станції, причому центральна станція містить принаймні один передавально-приймальний ствол, що включає в себе передавач, вихід якого через дуплексер підключений до антени, та приймальний тракт, вхід якого через дуплексер підключений до антени, вихід до блока подільника, а абонентська станція містить приймально-передавальну антену, яка послідовно з'єднана із зовнішнім та внутрішнім, до складу системи в статусі абонентської станції введена базова станція Wi-Fi, що з'єднана з внутрішнім блоком і забезпечує доступ локальної мережі по стандарту IEEE 802.11. До складу центральної станції додатково введена апаратура системи приймання зворотного (від абонентської станції) каналу із доступом по FDMA в складі секторна антена, лінійний тракт, демодулятор зворотного каналу, маршрутизатор (роутер) чи комутатор, до складу абонентської станції додатково введено технічні засоби системи формування та передавання зворотного каналу (від абонентської станції до центральної станції) по FDMA в складі модулятора транспортного потоку, роутера абонентської станції, лінійного тракту. UA 79483 U (54) МІКРОХВИЛЬОВА ІНТЕГРОВАНА ТЕЛЕРАДІОІНФОРМАЦІЙНА СИСТЕМА МУЛЬТИСЕРВІСНОГО РАДІОДОСТУПУ З ПІДВИЩЕНОЮ ПРОПУСКНОЮ ЗДАТНІСТЮ UMDS-K UA 79483 U UA 79483 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до спеціальної техніки зв'язку, що забезпечує передачу та прийом даних по каналам радіозв'язку. У сучасному світі постійно зростає інтерес до такого каналу одержання інформації, як міжнародна комп'ютерна мережа Інтернет. Усі наявні до дійсного часу системи Інтернет-доступу технології, які найчастіше доповнюють одна одну, формують розгалужену різношвидкісну мережу. При цьому старі вузькосмугові технології, які використовують телефонну мережу загального користування, все частіше поступаються місцем новим безпроводовим широкосмуговим і зокрема мікрохвильовим інтегрованим телерадіоінформаційним системам МІТРІС. Значний розмір зон обслуговування МІТРІС дозволяє легко обслуговувати просторово віддалених користувачів у радіусі до 50-60 км. Основні переваги МІТРІС перед іншими системами доступу в Інтернет: Швидкість розгортання системи; Велике охоплення користувачів з мінімальними витратами на комунікації; Можливість прийняття абонентами інформаційних потоків зі швидкостями 68 Мбіт/сек у прямому і 2 Мбіт/сек у зворотному каналах і більше; Простота інтеграції на радіоканалах із засобами безпровідного і супутникового зв'язку; Велика інформаційна ємність; Можливість поетапного нарощування кількості абонентів [1]. Недоліком системи МІТРІС та її наступних модифікацій, наприклад МІТРІС-IНТ [2], є недостатня пропускна спроможність в межах зайнятої смуги в частотному діапазоні 11,7-12,5 ГГц. Задачею технічного рішення, що пропонується нижче, є забезпечення підвищеної пропускної здатності каналів зв'язку та організація базового технічного рішення для підключення точки безпроводового доступу (Wi-Fi) чи доступу за технологією PLC із використанням силової електричної мережі. Пропускної здатності для повноцінного підключення таких точок доступу при обмеженому частотному ресурсі в системі МІТРІС-IНТ може виявитися недостатньо. Найбільш близьким по своїй технічній суті до пропонованого технічного рішення є технічне рішення для побудови опорної мережі на вузлах системи класу МІТРІС та підключення до неї вузла доступу Wi-Fi, яке показано в патенті на корисну модель "Мікрохвильова інтегрована телерадіоінформаційна система мультисервісного радіодоступу" [3]. Базовою системою, на якій будується вказане технічне рішення, є мікрохвильова інтегрована телерадіоінформаційна система МІТРІС-IHТ, [2], що забезпечує передачу та прийом даних по каналам радіозв'язку. Система МІТРІС-ІНТ складається з центральної та абонентської станцій, причому центральна станція (ЦС) містить принаймні один передавально-приймальний ствол, що включає в себе передавальний тракт (UP-конвертор), вхід якого через суматор підключений до радіочастотного виходу модема, а вихід через дуплексер підключений до входу антени, та приймальний тракт (d-конвертор), вхід якого через дуплексер підключений до антени, а вихід через блок підсилювача до входу модема, а абонентська станція містить приймальнопередавальну антену, з'єднану послідовно із зовнішнім та внутрішнім блоками. Вказана конфігурація системи-прототипу вирішує проблему надання каналів як PDH (плезіохронної цифрової ієрархії), так і SDH (синхронної цифрової ієрархії). В описаній конфігурації надаються дуплексні канали, які забезпечують підтримку ряду комунікаційних служб. В указаній системі реалізовано доступ абонентських станцій (АС) по технології TDMA по зворотному каналу та інформаційний (адресний) - по прямому каналу. Використання TDMA підвищує ефективність використання частотного ресурсу, але приводить до збільшення вартості АС та апаратури ЦС. Абонент тут ідентифікується як абонентська станція, до цифрового порту якої можуть бути підключені десятки комп'ютерів, між якими розподіляється загальний інформаційний та канальний ресурс. Недоліком є значна вартість абонентської станції, обмежена пропускна здатність каналу передачі (прямого та особливо зворотного каналів зв'язку), іноді складність реалізації та обслуговування проводової локальної мережі (значна віддаленість між комп'ютерами, складність реалізації ліній зв'язку між ними, зокрема при об'єднанні комп'ютерів в різних будівлях в сільській місцевості). Поява нових сучасних технологій (Wi-Fi, PLC та інших) дозволяє оптимізувати економічні та технічні показники засобами доступу комп'ютерів створеної безпроводової локальної мережі до точки доступу по технології Wi-Fi. Для підключення точки доступу такої мережі до ресурсу 1 UA 79483 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Інтернет необхідно створити опірну мережу - на волоконно-оптичних лініях, або на безпроводових каналах зв'язку. Технічне рішення для побудови опорної мережі на вузлах системи класу МІТРІС та підключення до неї вузла доступу Wi-Fi [3] передбачає введення вузла доступу Wi-Fi до складу абонентської станції та приєднання до неї по цифровому порту. Воно має позитивні ознаки: при наявності системи МІТРІС-ІНТ підключення до опорної мережі вкрай просте, за рахунок забезпечення достатньої пропускної здатності каналів зв'язку реальне підключення кількох точок доступу в одному просторовому секторі на одній частоті у зворотному каналі по TDMA (тобто наявна економія частотного ресурсу), механізми, закладені у таку систему, дозволяють також вирішити низку питань, зокрема зв'язаних із оптимізацією трафіку, оптимізацією розподілу пропускної здатності від кожної абонентської станції до центральної станції, підключення АС при перерві її роботи чи першому підключенні та інші служби. Проте пропускна здатність, зокрема по зворотному каналі, не дозволяє реалізувати ефективне підключення доступу Wi-Fi та надання якісного доступу до мережі Інтернет комп'ютерів, підключених в складі локальної мережі до порту АС системи. Недостатня пропускна здатність в зворотному каналі значно обмежує перелік служб, що надаються абоненту, зокрема обмін значними об'ємами інформації. Крім цього існує ще низка недоліків, що обмежує ефективність такої системи. До недоліків слід віднести: досить значну вартість АС; для збільшення пропускної здатності необхідна модернізація апаратури системи (із відповідними фінансовими витратами); в країні розгорнута низка мереж класу МІТРІС, що передають в зону обслуговування інформацію цифрового мовлення і не мають зворотного каналу. В цьому випадку потрібна заміна та доповнення апаратного обладнання із відповідними фінансовими витратами. Таким чином, недоліком системи-прототипу (зокрема при виборі апаратури для створення опірної мережі) є значна вартість абонентської станції, особливо в разі необхідності підключення до неї лише одного комп'ютера (наприклад в сільській місцевості). Хоча абонентська станція системи дозволяє підключення до порту Ethernet багатьох комп'ютерів, реалізація такої мережі при територіально рознесених комп'ютерах дуже ускладнена або навіть неможлива. Для зменшення вказаних вище недоліків пропонується наступне технічне рішення: використовуються прямі канали системи МІТРІС, як для передачі даних (доступ в Інтернет, інтерактивний обмін інформації в цифровому форматі), надання послуг до телебачення (MPEG2, MPEG-4), що дозволяє використовувати розгорнуті станції цифрового телевізійного мовлення. використовується доступ абонентів по виділеному частотному каналі, тобто технологія FDMA. Це дозволяє, по перше, використовувати систему доставки цифрового телевізійного мовлення, а по друге, досить просто підвищити пропускну здатність зворотного каналу за рахунок збільшення смуги пропускання в межах наданого частотного ресурсу за рахунок деякого обмеження ефективності використання частотного ресурсу і таким чином з'являється можливість ефективного підключення вузлів доступу Wi-Fi. За рахунок підвищення пропускної здатності з'являється можливість якісним обміном інформацією в значних об'ємах в обох напрямках (прямий - до АС та зворотний - від АС). Побудова опорної мережі із підключенням комп'ютерів користувача до вузла доступу Wi-Fi вирішує низку проблем, в тому числі підключення до опірної мережі комп'ютерів локальної мережі користувача. Для реалізації такого технічного рішення до складу центральної та абонентської станцій системи вводяться підсистеми, що забезпечують формування зворотного каналу по виділеному для цього частотному ресурсу, тобто реалізується технологія FDMA. Зокрема таке рішення дозволяє суттєво підвищити пропускну здатність зворотного каналу без суттєвої дорогої модернізації АС та ЦС. Як прототип вибрана система, яка описана в патенті на корисну модель "Мікрохвильова інтегрована телерадіоінформаційна система мультисервісного радіодоступу" [3]. Вона містить центральну станцію (ЦС) у складі агрегату передавального (АП), скремблера-конвертора у кількості, обумовленій замовником, антенної системи з антеною з круговою діаграмою спрямованості, та абонентську станцію (АС), у складі станції приймальної індивідуальної. До відмінних від прототипу ознак запропонованої мікрохвильової інтегрованої телерадіоінформаційної системи мультисервісного радіодоступу з підвищеною пропускною здатністю UMDS-K належать: 2 UA 79483 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 до складу ЦС додатково введена апаратура системи приймання зворотного (від АС) каналу із доступом по FDMA. Зворотний канал приймається трактом в складі: секторна антена, лінійний тракт, демодулятор зворотного каналу, маршрутизатор (роутер) чи комутатор, наприклад абонентська станція. до складу АС додатково введено технічні засоби системи формування та передавання зворотного каналу (від АС до ЦС) по FDMA: модулятор транспортного потоку - зворотний канал формується модулятором транспортного потоку, що подається від комп'ютерів користувачів через роутер АС. роутер АС виконує функції маршрутизації цифрових потоків прямого та зворотного каналів та підключення по інтерфейсу Ethernet комп'ютерів локальної мережі користувачів. лінійний тракт, що переносить частотний спектр в робочий діапазон та нормує рівень його до потрібного значення. До складу АС може вводитися вузол доступу Wi-Fi. Запропонована система працює наступним чином: Ініціатором сеансу є комп'ютер локальної мережі, підключеної до порту Ethernet AC. Роутером (чи комутатором) АС запитний потік подається на вхід модулятора. Після модуляції потік символів надходить в лінійний тракт, де переноситься в виділену для передачі ділянку спектра, підсилюється до необхідного рівня і потім надходить на вхід антени АС, де випромінюється в напрямку ЦС. Відмітимо, що кожній АС виділено окреме конкретне значення частоти несучої. Тому при прийнятному рівні фільтрації каналів виключається інтерференція (завади) каналів різних АС навіть при одночасному доступу. Тобто зворотні канали різних АС розділені по частоті, чим спрощується первинне підключення АС до мережі. Запитний сигнал від АС надходить на вхід секторної антени ЦС, в лінійному тракті приймача ЦС нормується його рівень, демодулюється і цифровий потік роутером ЦС направляється в канал зв'язку до сервера провайдера (наприклад Інтернет) по інтерфейсу Ethernet. Із зовнішньої інформаційної мережі інформація по цьому ж інтерфейсу надходить на роутер ЦС, із якого бітовий потік надходить на модулятор. Символьний потік із виходу модулятора надходить в лінійний тракт передавача ЦС в виділеному для цього частотному діапазоні (в наданому стволі), оброблюється в частині перетворення частоти сигналу до частоти передачі, досягнення необхідного рівня потужності, і за допомогою передавальної антени ЦС випромінюється в зону обслуговування. Прийнятий АС сигнал в лінійному тракті приймача АС обробляється та доводиться до необхідних параметрів, після чого демодулюється в демодуляторі АС і роутер АС по інтерфейсу Ethernet подає до комп'ютерів локальної мережі. До цифрових портів АС підключається вузол доступу Wi-Fi, за допомогою якого надаються послуги в локальну мережу користувача, яка створюється засобами Wi-Fi. Таке технічне рішення дозволяє: використовувати розгорнуті станції мережі цифрового мовлення суттєво понизити вартість абонентського обладнання в порівнянні з існуючими системами; значно підвищити пропускну здатність каналів, особливо зворотного каналу. На кресленні. показана спрощена структурна схема зразка мікрохвильової інтегрованої телерадіоінформаційної системи мультисервісного радіодоступу з підвищеною пропускною здатністю UMDS-K/ Тут позначено: 1 - передавальна антена ЦС 2 - секторна (приймальна) антена ЦС 3 - суматор прямого каналу ЦС 4 - лінійний тракт каналу передачі даних ЦС (950….1750 МГц / 5600…5700 мГц) 5 - роутер ЦС із модулятором (як такий блок використано RouterBOARD R52n-M) 6 - зовнішня мережа 7 - антена АС 8 - приймальний лінійний тракт АС з виходами приймання даних та каналів телебачення (по каналу даних 950…1750 МГц/ 5725…5850 МГц) 9 - роутер АС із модулятором (як такий блок використано RouterBOARD R52n-M) 10 - вузол доступу 11 - локальна мережа комп'ютерів користувачів При підключенні комп'ютерів користувача безпосередньо в опірну мережу, вузол 10 не використовується. Реалізація запропонованої системи можлива в наступних конфігураціях: 1. Без введення доповнень 3 UA 79483 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 В цьому випадку функціонування системи співпадає із системою, згідно з технічним рішенням в патенті "Мікрохвильова інтегрована телерадіоінформаційна система МIТРIС-IHТ" [2]. 2. Із введенням до складу АС тільки вузла Wi-Fi. В цьому випадку система функціонує, згідно з технічним рішенням, викладеним в патенті на корисну модель "Мікрохвильова інтегрована телерадіоінформаційна система мультисервісного радіодоступу [3]. Відмітимо, що при обмеженні послуг, що надається користувачам, зв'язаному із допустимим обмеженням пропускної здатності зворотного каналу, можливе підвищення спектральної здатності за рахунок підключення кількох АС із введеними до них точок Wi-Fi із доступом по TDMA. 3. Із введенням в систему ЦС та АС апаратури підсистем формування та передачі зворотного каналу. Система функціонує як описано в даній корисній моделі. При цьому підключаються комп'ютери проводової локальної мережі. 4. Із введенням в систему ЦС та АС апаратури підсистем формування та передачі зворотного каналу та точки (вузла) доступу Wi-Fi. Розгортання такої мережі на базі розгорнутих мереж цифрового телевізійного мовлення дозволяє досить просто збільшити число послуг за рахунок використання частини частотного ресурсу, що наданий телевізійній системі. 5. Із використанням як обладнання системи МІТРІС-IHТ (зворотний канал із доступом по TDMA), так і обладнання із доступом зворотного каналу по FDMA. Це реально при наявності достатнього частотного ресурсу. І хоча реалізація системи в такій конфігурації приводить до збільшення вартості ЦС та АС, вона дозволяє вирішити низку задач. Система функціонує, як описано в даному патенті, при цьому підключаються комп'ютери безпроводової локальної мережі. Кількість АС мережі мікрохвильової інтегрованої телерадіоінформаційної системи мультисервісного радіодоступу з підвищеною пропускною здатністю UMDS-K, яка необхідна для підключення комп'ютерів населеного пункту, залежить від пропускної здатності, що надається абоненту, числа абонентів, конфігурації зони обслуговування мережі. Таким чином, вказане технічне рішення щодо побудови мікрохвильової інтегрованої телерадіоінформаційної системи мультисервісного радіодоступу з підвищеною пропускною здатністю UMDS-K дозволяє використання мережі МІТРІС-ІНТ як опорної мережі для надання послуг стандарту IEEE 802.11, при цьому суттєво підвищити якість надання користувачам доступу до інформаційних та комунікаційних служб, до послуг широкосмугового і мультисервісного радіодоступу. Введення послуг доступу по технології FDMA дозволяє досить просто суттєво підвищити пропускну здатність зворотного каналу, понизити вартість АС та ЦС при використанні розгорнутих станцій цифрового телевізійного мовлення. Джерела інформації: 1. Т.М. Наритник, В.П. Бабак, М.Є. Ільченко, С.О. Кравчук. Мікрохвильові технології в телекомунікаційних системах. - К.: "Техніка", 2000. - С. 167. 2. Деклараційний патент України № 51495А, Бюлетень № 11 від 15.11.2002 р. "Мікрохвильова інтегрована телерадіоінформаційна система МІТРІС-ІНТ". 3. Патент України на корисну модель № 71488, Бюлетень № 13 від 10.07.2012 "Мікрохвильова інтегрована телерадіоінформаційна система мультисервісного радіо доступу". ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 60 Мікрохвильова інтегрована телерадіоінформаційна система мультисервісного радіодоступу з підвищеною пропускною здатністю UMDS-K, що складається із центральної та абонентської станції, причому центральна станція містить принаймні один передавально-приймальний ствол, що включає в себе передавач, вихід якого через дуплексер підключений до антени, та приймальний тракт, вхід якого через дуплексер підключений до антени, вихід до блока подільника, а абонентська станція містить приймально-передавальну антену, яка послідовно з'єднана із зовнішнім та внутрішнім, до складу системи в статусі абонентської станції введена базова станція Wi-Fi, що з'єднана з внутрішнім блоком і забезпечує доступ локальної мережі по стандарту IEEE 802.11, яка відрізняється тим, що до складу центральної станції додатково введена апаратура системи приймання зворотного (від абонентської станції) каналу із доступом по FDMA в складі секторна антена, лінійний тракт, демодулятор зворотного каналу, маршрутизатор (роутер) чи комутатор, до складу абонентської станції додатково введено 4 UA 79483 U технічні засоби системи формування та передавання зворотного каналу (від абонентської станції до центральної станції) по FDMA в складі модулятора транспортного потоку, роутера абонентської станції, лінійного тракту. Комп’ютерна верстка М. Мацело 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 5