Мікрохвильова інтегрована телерадіоінформаційна система мультисервісного радіодоступу umds-ngn

Реферат: Мікрохвильова інтегрована телерадіоінформаційна система мультисервісного радіодоступу складається із центральної та абонентської станції, причому центральна станція містить принаймні один передавально-приймальний ствол, що включає 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 приймальнопередавальну антену, яка послідовно з′єднана із зовнішнім та внутрішнім блоками. 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 також 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. Абонентська станція додатково містить технічні засоби системи формування та передавання зворотного каналу (від абонентської до центральної станції) по FDMA в складі модулятора транспортного потоку, роутера абонентської станції, лінійного тракту. До складу системи введений щонайменше один канал передачі даних від центральної станції до вузла доступу Wi-Fi в форматі Wi-Fi (частоти в діапазоні 2,4 чи 3,6 чи 5ГТц в залежності від отриманого дозволу), який базується на приймально-передавальному формувачі інформаційного потоку. UA 96519 U (12) UA 96519 U UA 96519 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до спеціальної техніки зв'язку, що забезпечує передачу та прийом даних по каналах 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 яких найчастіше доповнюють одна одну, формують розгалужену різношвидкісну мережу. При цьому старі вузькосмугові технології, які використовують телефонну мережу загального користування, все частіше поступаються місцем новим і зокрема мікрохвильовим системам, представниками яких є системи на базі мікрохвильових інтегрованих телерадіоінформаційних систем МІТРІС, зокрема система МІТРІС-ІНТ [1]. Недоліком системи МІТРІС-ІНТ та її наступних модифікацій є недостатня пропускна спроможність в межах зайнятої смуги в частотному діапазоні 11,7-12,5 ГГц. До недоліків такої системи також належить: - складність підключення до однієї абонентської станції значного числа абонентів при значній території їх дислокації, коли підключення потребує розгортання локальної мережі Ethernet, що в умовах офісу цілком реально, але в сільській місцевості часто складно, а то і неможливо. Вартість однієї абонентської станції при підключенні до неї одного абонента в більшості випадків перевищує можливості жителя сільської місцевості. - спроможність досягнення значної швидкості доступу для кожного із 126 абонентів, що можуть бути підключені до однієї абонентської станції (АС) може виявитися недостатньою при одночасній роботі усіх абонентів. Тобто пропускної здатності для повноцінного підключення таких точок доступу при обмеженому частотному ресурсі в системі МІТРІС-ІНТ може виявитися недостатньо. В системі UMDS-K [2], яка є результатом розвитку системи МІТРІС-ІНТ, що забезпечує передачу та прийом даних по каналам радіозв'язку, пропонується використання каналів передачі даних в якості опорних, до яких підключаються точки безпроводового доступу (Wi-Fi). Ця система є найбільш близькою по своїй технічній суті до пропонованого технічного рішення і вибрана як найближчий аналог (прототип). Мікрохвильова інтегрована телерадіоінформаційна система мультисервісного радіодоступу UMDS-K 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 блоками. Базова станція Wi-Fi підключається до внутрішнього блока і забезпечує доступ локальної мережі по стандарту IEEE 802.11. До складу центральної станції (ЦС) введена апаратура системи приймання зворотного (від АС) каналу із доступом по FDMA в складі секторної антени, лінійного тракту, демодулятора зворотного каналу, маршрутизатора (роутера) чи комутатора, а до складу АС введені технічні засоби системи формування та передавання зворотного каналу (від АС до ЦС) по FDMA в складі модулятора транспортного потоку, роутера АС, лінійного тракту. Така система для підвищення пропускної здатності каналу передачі даних між ЦС та АС, до якої підключена базова станція Wi-Fi, передбачає використання доступу по FDMA, що дозволяє підвищити пропускну здатність по зворотному каналу, проте, при використанні засобів по стандарту 802.11n, для передачі інформації по прямому каналу (до 150 Мбіт/с) його пропускної здатності виявиться недостатньо, оскільки швидкість передачі по прямому каналу на порядок більша, ніж по зворотному. Тобто, при використанні такого технічного рішення пропускної здатності по прямому та зворотному каналах виявляється недостатньо для повної реалізації характеристик обладнання по стандарту 802.11n. До недоліків також слід віднести: - досить значну вартість АС, що приходиться на одного користувача, особливо при відсутності можливості створення локальної мережі терміналів користувачів; - недостатня пропускна здатність по зворотному та прямому каналах; - вичерпаність частотного ресурсу особливо при наданні широкосмугового доступу до інформаційних послуг; - крім того на низці ділянок в загальній зоні покриття часто з'являються зони із неприйнятними умовами передачі (так звані "мертві" зони), що суттєво знижує якість обслуговування в загальній зоні покриття. Для зменшення вказаних вище недоліків пропонується наступне технічне рішення, що дозволяє: 1 UA 96519 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 - підвищити пропускну здатність і в принципі підключити до інформаційної мережі більше число користувачів, а значить, зменшити вартість АС, що приходиться на одного користувача. - реалізувати безпроводовий доступ абонентських комп'ютерів до інформаційної мережі використовувати 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 дає можливість задіяти розгорнуті станції цифрового телевізійного мовлення, значить, і підвищити економічну ефективність системи та створюваної нею мережі надання інформаційних послуг. Так, введення до складу системи окремого каналу передачі даних між центральною станцією та вузлом доступу Wi-Fi, що базується на технології 802.11 n, дозволяє вирішити цю проблему, створюючи "хот-спот" в зоні обслуговування (ЗО) системи. При цьому пропускна здатність вузла доступу буде реалізована не в повній мірі. При цьому, хоча введення такого каналу передачі можливе в кожному секторі ЗО дозволяє створити такі хот-споти в декількох віддалених одна від іншої точках, розмір створеної таким чином локальної зони (хот-споту) обмежується можливостями технології Wi-Fi. Без використання додаткових засобів (антени, підвищення потужності) розмір такої зони складе не більше 500м. Використання мостових рішень передбачає також введення додаткових програмно-апаратних засобів і в першу чергу суттєвого підвищення пропускної здатності прямого та зворотного каналів. Такі рішення вирішують головним чином збільшення дальності, але розширення зони обслуговування (створення хот зони) практично не вирішують. Збільшення розміру зони покриття, створення хот-зони, можливе, наприклад, із використанням об'єднання точок доступу за допомогою репітерів (повторювачів). При цьому потрібна пропускна здатність каналів опорної мережі значно росте і зокрема в сільській місцевості звичайно недосяжна. В основу корисної моделі поставлено задачу: - реалізація обслуговування розширеної території послугами інформаційного доступу в умовах відсутності прямої видимості (NLOS) між центральною станцією та комп'ютером абонента - реалізація безпроводового доступу абонентських комп'ютерів на вказаній території - забезпечення прийнятною якістю послуг (в першу чергу швидкості передачі) по каналу передачі - забезпечити надання послуг у "мертвій" зоні за рахунок наявності режиму NLOS. Досягнення такої задачі потребує підвищення пропускної здатності прямого та зворотного каналів, тобто підвищення спектральної ефективності в каналі передачі та розширення розміру зони обслуговування, що може реалізуватися організацією хот-зони Wi-Fi. Підвищення спектральної ефективності каналу зв'язку пропонується реалізувати за рахунок використання технології широкосмугового доступу в напрямках до вузла доступу та до ЦС. Вказаний вузол доступу виконує функцію АС в створеному каналі передачі,до якого по технології Wi-Fi безпроводово підключаються до мережі широкосмугового доступу абонентські термінали, які можуть створювати локальну мережу. Для реалізації такої задачі на передавальній стороні використовується формувач [3], який по восьми передавальних та приймальних портах реалізує по вісім частотно мультиплексованих каналів зв'язку, в кожному із яких досягається швидкість на канальному рівні до 150Мбіт/с. На приймальній стороні функцію АС виконує або такий же формувач, або формувач в конфігурації, що забезпечує потрібну сумарну швидкість в каналі. Мінімальна конфігурація на приймальній стороні формувач в конфігурації одного приймального та одного передавального каналу, що забезпечить покриття території розміром біля 400м інформаційним потоком 150Мбіт/с. Рознесення вузлів доступу Wi-Fi різних каналів по території при умові взаємного перекриття обслуговуваних територій дозволяє створити хот- зону потрібної конфігурації та розмірів. Використання модуляції QPSK дозволяє реалізувати збільшення території обслуговування (зони обслуговування - ЗО) за рахунок збільшення дальності. При цьому досягається підвищення економічної ефективності за рахунок зменшення числа потрібних для покриття ЦС (хоча при цьому спостерігається програш в спектральній ефективності). При прямій видимості в смузі 40МГц та потужності на виході передавача 100 мВт, коефіцієнт підсилення антен АС та ЦС по 30 дБ досягається дальність понад 60 км. Відмітимо, що для реалізації вказаної дальності (тобто для реалізації прямої видимості) необхідно підняти антени ЦС і АС на висоту, коли вартість таких щогл перевищить вартість створення додаткових систем. 2 UA 96519 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Тобто така дальність як правило не доцільна і використовується тут для оцінки технічних можливостей системи, запасу в енергетичному ресурсі. При використанні каналу із багаточастотною модуляцією (OFDM) і реалізацією каналу прямої видимості при модуляції піднесучих 64-КАМ, завадостійкому кодуванні внутрішній код LDPC, зовнішній БЧХ пропускна здатність каналів передачі в обох напрямках біля 150Мбіт/с, а прийнятна обробка в лінійних трактах дозволить отримати дальність до 40 км. Для реалізації потрібних параметрів передачі в зонах, де відсутня умова прямої видимості, (остання миля) пропонується введення до складу системи засобів каналу передачі в форматі Wi-Fi, де приймально-передавальне обладнання на ЦС базується формувачі інформаційного потоку в повній конфігурації, а на абонентській стороні АС включає в себе подібний формувач в необхідній конфігурації. Комп'ютери прикінцевої мережі в кожному "хот-споку" об'єднуються в локальну безпроводову мережу за допомогою вузла доступу Wi-Fi по технології 802.11 n. На ділянці вузол доступу - абонентський комп'ютер пряма видимість може бути відсутньою. Такий канал передачі може створюватися в різних секторах ЗО. Таким чином, мікрохвильова інтегрована телерадіоінформаційна система мультисервісного радіодоступу, 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. Абонентська станція створюється в двох варіантах, один із яких ідентичний АС системи-прототипу, а інший в якості АС використовує вузол доступу Wi-Fi. До складу ЦС додатково введені передавальна та приймальна антени, які з'єднані з блоками обробки, що базується на формувачі [3] (модуляція/демодуляція, кодування/декодування) потоку в форматі Wi-Fi та з лінійним трактом, де виконується лінійна обробка інформаційного потоку. АС включає приймально-передавальну антену, приймальний та передавальний тракти обробки прийнятого від ЦС та підключення його по порту Ethernet до входу безпроводового маршрутизатора вузла доступу, який передає отриману інформацію до створеної таким чином локальної мережі абонентських терміналів та передачу до входу передавального тракту по порту Ethernet запитного потоку від маршрутизатора вузла доступу, модуляцію та кодування з наступним випромінюванням його за допомогою антени в напрямку ЦС. Поставлена задача вирішується, мікрохвильовою інтегрованою телерадіоінформаційною системою мультисервісного радіодоступу, 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 блоками, до складу системи введена базова станція Wi-Fi, що підключена до АС і з'єднана з внутрішнім блоком і забезпечує доступ локальної мережі по стандарту IEEE 802.11, до складу ЦС також введена апаратура системи приймання зворотного (від АС) каналу із доступом по FDMA в складі секторна антена, лінійний тракт, демодулятор зворотного каналу, маршрутизатор (роутер) чи комутатор, до складу АС додатково введено технічні засоби системи формування та передавання зворотного каналу (від АС до ЦС) по FDMA в складі модулятора транспортного потоку, роутера АС, лінійного тракту відрізняється тим, що до складу системи введено по меншій мірі один канал передачі даних від ЦС до вузла доступу Wi-Fi в форматі Wi-Fi (частотний діапазон в зоні 2,4 чи 3,6 чи 5ГГц в залежності від отриманого дозволу). В такому каналі до складу вузла доступу введено приймальну та передавальну антени, приймальний та передавальний лінійні тракти, приймач та передавач на базі роутерів, що підтримують стандарт 802.11n (приймально-передавальний формувач інформаційного потоку [3] в прийнятній конфігурації), а до складу ЦС введений блок, що базується на приймально-передавальному формувачі інформаційного потоку в максимальній конфігурації і виконує функції модему та блоку кодування/декодування, що забезпечує обмін даними із АС, а інформаційний потік отримує із зовнішньої інформаційної мережі по порту Ethernet. При цьому на фізичному рівні надається швидкість біля 300Мбіт/с, а на канальному-до 150Мбіт/с. Доступ абонентських терміналів до зворотного каналу реалізується по TDMA, із метою зниження вартості абонентського обладнання, оскільки рівень пікфактора потоку OFDM дуже 3 UA 96519 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 великий і навіть при регламентації пікфактора складе біля 10…15 дБ в залежності від характеру траси розповсюдження. Приклад реалізації такої системи: На фіг. 1. показана спрощена схема формувача інформаційного потоку в максимальній конфігурації, де позначено: 1 - суматор каналів 2 - розподілювач каналів 3 - приймач Mikrotik R 52 пМ 4 - передавач Mikrotik R 52 пМ 5 - маршрутизатор На фіг. 2 показана схема складової частини каналу передачі на ЦС, де позначено: 6 - приймальний лінійний тракт 7 - приймальна антена 8 - передавальний лінійний тракт 9 - передавальна антена 10 - формувач 11 - маршрутизатор Gigabit Ethernet На фіг. 3 показана схема абонентського тракту, де позначено: 12- антена 13 - тракт розподілу 14 - лінійний тракт приймальний 15 - лінійний тракт передавальний 16 - приймач на базі формувача в прийнятній конфігурації 17 - передавач на базі формувача в прийнятній конфігурації 18 - безпроводовий маршрутизатор Система працює наступним чином: Користувач відправляє запит через вузол доступу по протоколу 802.11 n. Обробка інформації запиту (демодуляція, декодування) виконується засобами вузла доступу і в вигляді бітового потоку подається на порт блоку 18 абонентського тракту АС, звідки в вигляді бітового потоку надходить на вхід блока 17, де він кодується, модулюється модуляцією OFDM і подається в передавальний тракт АС, де установлюються потрібні частота і потужність і антеною АС сформований радіосигнал випромінюється на трасу розповсюдження. За допомогою приймальної антени 7 ЦС радіосигнал приймається і передається по лінійному тракту 6 ЦС на вхід блока 10 ЦС, де виконується демодуляція прийнятого потоку і в вигляді бітового потоку подається в зовнішню інформаційну мережу через блок 11. В хості цієї мережі отримується запитна інформація, яка маршрутизується до сервера провайдера і із інформаційної мережі надходить на вхід блока 11, де вона маршрутизується згідно з фізичною адресою абонента, кодується завадозахищеним кодом, модулюється потрібним видом кодування і через передавальний лінійний тракт 6 ЦС установленим рівнем потужності і в заданій смузі частотного діапазону сформований радіосигнал подається на передавальну антену 9 ЦС і випромінюється в напрямку АС із вказаною фізичною адресою. Прийнятий на абонентській стороні антеною 12 радіосигнал виділяється блоком 13 і подається через тракт 15 на вхід блока 16, де демодулюється, декодується і блоком 18 подається на абонентський термінал по вказаній адресі до локальної мережі абонентських терміналів. Введення в систему кількох вузлів доступу територіально дислокованих таким чином, щоб території покриття кожним перетинались і кожен вузол доступу функціонує на частоті одного із субканалів формувача, що дозволяє створити хот-зону прийнятної конфігурації та розміру. Джерела інформації: 1. Деклараційний патент України на винахід №51495А, Бюлетень №11 від 15.11.2002 р. "Мікрохвильова інтегрована телерадіоінформаційна система МІТРІС-ІНТ". 2. Патент України на корисну модель №79483, дата публікації 25.04.2013 р, Бюл. № 8 з пріоритетом від 15.10. 2012 "Мікрохвильова інтегрована телерадіоінформаційна система мультисервісного радіодоступу із підвищеною пропускною здатністю UMDS-K". 3. Патент на корисну модель №,84923. Приймально-передавальний формувач інформаційного потоку для каналу зв'язку із підвищеною спектральною ефективністю та пропускною здатністю/Ільченко М.Ю., Наритник Т.М., Казіміренко В.Я. та інші, - опубл. 11.11.2013р. Бюл. №21. 60 4 UA 96519 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 25 1. Мікрохвильова інтегрована телерадіоінформаційна система мультисервісного радіодоступу, що складається із центральної та абонентської станції, причому центральна станція містить принаймні один передавально-приймальний ствол, що включає 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 приймальнопередавальну антену, яка послідовно з′єднана із зовнішнім та внутрішнім блоками, 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 також 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, абонентська станція додатково містить технічні засоби системи формування та передавання зворотного каналу (від абонентської до центральної станції) по FDMA в складі модулятора транспортного потоку, роутера абонентської станції, лінійного тракту, яка відрізняється тим, що до складу системи введений щонайменше один канал передачі даних від центральної станції до вузла доступу Wi-Fi в форматі Wi-Fi (частоти в діапазоні 2,4 чи 3,6 чи 5ГТц в залежності від отриманого дозволу), який базується на приймально-передавальному формувачі інформаційного потоку. 2. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що у введеному каналі до складу вузла доступу введено приймальну та передавальну антени, приймальний та передавальний лінійні тракти, приймач та передавач на базі роутерів, що підтримують стандарт 802.11n, а до складу центральної станції введений блок, що базується на роутері в стандарті 802.11n і виконує функції модема та блока кодування/декодування, що забезпечує обмін даними із абонентської станції, а інформаційний потік отримує із зовнішньої інформаційної мережі по порту Ethernet. 3. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що до складу системи введено кілька вузлів доступу територіально дислокованих таким чином, щоб території покриття кожним перетинались і кожен вузол доступу функціонує на частоті одного із субканалів формувача, що дозволяє створити хот-зону прийнятної конфігурації та розміру. 5 UA 96519 U 6 UA 96519 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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 7