5.2.3Технологии беспроводного распределения информации mmds
Системы сотового телевидения на основе технологии MMDS получили в последние годы широкое распространение как альтернатива классическим кабельным сетям. К ним относятся:
MMDS - микроволновая многоточечная распределительная система;
LMDS - локальная многоточечная распределительная служба;
MVDS - многоточечная видео распределительная система.
Система MMDS была разработана еще в 1983 г. Основным преимуществом MMDS является отсутствие дорогой проводной инфраструктуры. Система MMDS является серьезным конкурентом КТВ и спутниковому ТВ как по стоимости, так и по качеству и функциональным возможностям. Оборудование производится как для диапазона 2,5–2,7ГГц.
Малый радиус распространения миллиметровых волн определил применение техники MVDS в сетях с маломощными передатчиками, построенных по сотовому принципу. Широкая полоса в сочетании с сотовой структурой делает эту технику очень подходящей для организации интерактивных мультимедийных сетей, включающих телевидение, телефонию, видеоконференции, высокоскоростной доступ к Интернет. Для увеличения дальности или расширения зоны охвата MMDS используются ретрансляторы.
На приемном посту конструкция из маленькой антенны с преобразователем сигнала крепится в зоне прямой видимости от передатчика.
Запрашиваемые пользователями данные транслируются нисходящими потоками в цифровых каналах, использующих модуляцию QPSK, 16-, 32-, 64- 128- или 256-QAM. При этом в зависимости от ширины канала и выбранной схемы модуляции сигнала, в одном ТВ-канале шириной до 8 МГц обеспечивается скорость передачи данных до 56 Мб/с, что значительно выше широко распространенной ADSL.
Радиус зоны обслуживания системы MMDS определяется высотой подвеса передающей антенны, мощностью передатчика, количеством передаваемых каналов, потерями в антенно-фидерном тракте и коэффициентом усиления передающей и приёмной антенн.
Главное преимущество сетей MMDS-вещания перед кабельными состоит в том, что они требуют меньших капитальных затрат (как минимум в четыре раза при 100 распределительных точках в радиусе 20 км от телецентра). Второе, система MMDS по сравнению с кабельной сетью более компактна и мобильна, не требует содержания большого штата сотрудников для эксплуатации и ремонта сети.
Использование систем MMDS в многоканальных системах наземного телевидения имеет ряд преимуществ по сравнению с обычными системами наземного телевещания:
Возможность передачи до 25 телевизионных программ, в зависимости от стандарта при аналоговом сигнале и в 4-6 раз больше при модуляции цифровыми сигналами стандарта MPEG-2.
Телевещание ведется на экологически безопасном уровне, суммарная мощность передатчика составляет в основном 1-10 Вт. (Для справки: в применяемых системах ТВ-вещания используются передатчики мощностью в метровом диапазоне до 50 кВт, в дециметровом - до 10 кВт).
Использование компактной антенны с линейными размерами 15-25 см.
Высокое качество сигналов из-за сравнительно низкого уровня помех в выделенных для этих систем диапазонах частот (2,5-2,7 ГГц).
Устранение так называемых "зон теней" в городах с многоэтажной застройкой посредством ретрансляторов.
Снижение эксплуатационных расходов благодаря отсутствию протяженных магистральных и субмагистральных линий.
Высокая устойчивость к различного рода реконструкциям, и стихийным бедствиям (пожар, землетрясение, техногенные чрезвычайные происшествия).
Трафик Интернет несимметричен: интенсивность информации в прямом канале в 10-20 раз выше интенсивности передачи запросов. Поэтому в обратном канале используются более простые схемы модуляции, позволяющие достигать скорости до 25 Мбит/сек в полосе 8 МГц.
Комплект оборудования системы MMDS включает следующие компоненты (рис. 5.2Рисунок 5.):
модуляторы;
входная приёмная система;
цифро/аналоговые передатчики (или один групповой на N каналов);
цифро/аналоговый сумматор каналов (ВЧ-смеситель, комбайнер);
волновод и коаксиальный кабель.
антенны;
широкополосные ретрансляторы (при необходимости);
система управления;
автоматическая или ручная система резервирования.
Рисунок 5.2 - Телерадиовещание на базе системы MMDS
Модуляторы предназначены для переноса телевизионного сигнала на высокочастотный диапазон (2,5 ГГц). В настоящее время в наземном телевидении для передачи изображения используются аналоговые сигналы с амплитудной модуляцией, а для передачи сигналов звукового сопровождения применяется частотная модуляция.
Входная приёмная система предназначена для приёма на базовой станции входящих сигналов аудио, видео и данных.
В практике проектирования и монтажа систем MMDS используются два варианта построения структурных схем:
одноканальный,
многоканальный.
В одноканальном варианте для передачи N-телевизионных программ применяется N-передающих устройств, включающих модулятор и собственно передатчик, а суммирование мощности разных передатчиков производится в антенне (см. рис. 5.3Рисунок 5.3).
Рисунок 5.3 - Структура MMDS при одноканальных передатчиках
В многоканальном варианте передаваемые N-телевизионных программ сначала поступают на свои модуляторы, далее из них формируется групповой сигнал, который модулирует широкополосный передатчик, работающий на общую антенну (см. рис.5.4Рисунок 5.4).
Рисунок 5.4 - Структура MMDS при многоканальном передатчике
В полосе 2500..2700 МГц может быть размещен 31 канал аналогового телевидения стандарта NTSC (полоса канала 6 МГц) и 24 канала стандарта PAL и SECAM (полоса 8 МГц).
В одноканальном варианте вся мощность излучается в данном канале, а в многоканальном варианте - уменьшается при 8 каналах примерно в 50 раз, т.е. мощность в каждом канале падает примерно в 2N раз.
При передаче по системе ТВ-сигналов радиоисточником для передачи их потребителям служит цифровая головная станция. Видеосигналы от спутника, местных телевизионных станций или видеомагнитофонов кодируются (кодеры MPEG) и мультиплексируются в транспортные потоки, включающие сигналы от 4-х до 10-ти индивидуальных видеосерверов.
Многоканальные или групповые передатчики целесообразно использовать в небольших городах и поселках городского типа, где радиус зоны покрытия не превышает 6 км.
Широкополосный передатчик позволяет одновременно усиливать и вещать 24 телевизионный каналов. В этом ряду передатчиков имеются модели с выходной мощностью от 50 до 1300 Вт.
При практически равных отношениях сигнал/шум (52-55 дБ) у широкополосного передатчика из-за деления мощности на число каналов зона вещания будет меньше, чем у одноканального. Однако, для небольших городов и поселков это более эффективное по стоимости решение. Широкополосный передатчик можно использовать как на головной MMDS станции, так и в качестве широкополосного ретранслятора для увеличения зоны вещания и, соответственно, числа абонентов.
Сумматор каналов (ВЧ-смеситель, комбайнер) работает со смежными или несмежными цифровыми и аналоговыми приложениями, не возбуждая перекрёстные резонансы, представляет из себя сварную алюминиевую конструкцию, отличающуюся высококачественными соединениями, малым уровнем затухания. Смеситель фильтрует и суммирует MMDS-каналы через широкополосный направленный фильтр в общий волновод. Он имеет меньшие входные потери в сравнении с системой, использующей раздельную спектральную фильтрацию и суммирование.
Волноводный тракт
На частотах 2,5 - 2,7 ГГЦ затухание сигнала в волноводном тракте значительно, поэтому, чтобы подвести мощность от передатчика к антенне с минимальными потерями, приходится применять специальные коаксиальные фидеры с воздушным диэлектриком, а при большой длине тракта - жесткие волноводы. При использовании в качестве фидерной линии коаксиального кабеля радиус зоны покрытия уменьшается в 1,7..1,8 раза за счёт увеличения потерь в кабеле по сравнению с волноводом.
Передающая антенна
Передающая антенна диапазона 2,5 ГГц представляет собой вертикальную фазированную антенную решетку (ФАР), покрытую радио прозрачным кожухом.
Чем больше коэффициент усиления антенны, тем больше её размеры и, соответственно, стоимость. Как правило, применяются антенны с круговой 360° (в горизонтальной плоскости) диаграммой направленности (ДН). Достаточно распространенными являются ещё два типа передающих антенн: односекторные (кардиоидные) 180° и 120°; двухсекторные 120° (в двух противоположных направлениях, в каждом по 60°). Усиление антенны достигается сужением ДН в вертикальной плоскости. Иногда применение всенаправленной антенны нецелесообразно - например, в приморских городах, которые обычно занимают узкую полосу вдоль берега. В таких случаях целесообразно применение одной или нескольких направленных антенн, для создания ДН заданной формы.
Ретрансляторы
При разноэтажной городской застройке, наличии экранирующих препятствий (зданий, технических сооружений и т.п.) или сложного рельефа местности для исключения возникающих при этом "мертвых зон", в которых прямая видимость между антенной базовой станции и антеннами абонентских терминалов не обеспечивается, используются ретрансляторы. Ретранслятор - это чаще необслуживаемый приемо-передающий комплекс, состоящий из приемных и передающих антенн, широкополосных усилителей с фильтрующими блоками и фидерных линий. Сигнал излучается ретранслятором на той же частоте, на которой и принимается. Чтобы исключить помехи абонентам, находящимся в зоне обслуживания ретранслятора и основного передатчика, передача с ретранслятора осуществляется в другой поляризации либо выбирается соответствующая конфигурация ДН приёмной и передающей антенн ретранслятора.
Система автоматического резервирования при неисправности основного передатчика отключает неисправный передатчик, перестраивает резервный передатчик на заданную частоту, обеспечивая при этом коммутацию на него входных и выходных сигналов. Блок памяти системы резервирования фиксирует время и причину неисправности и высылает оператору системы сообщение о вводе резервного передатчика в действие.
К недостаткам систем MVDS можно отнести сильную зависимость дальности их действия от погодных условий, в первую очередь от влажности. В связи с этим определение радиуса охвата одной соты требует проведения длительных экспериментов в каждой конкретной географической области. Требуется также определить конфигурацию отраженных сигналов в условиях конкретной застройки, причем с учетом того, что постоянное изменение радиуса действия приводит к столь же постоянным изменениям этой конфигурации.
Еще одним недостатком является дороговизна абонентского оборудования с обратным каналом. А если дополнительно принять во внимание немалую стоимость услуг, то становится ясно, что перед началом развертывания интерактивной системы MVDS, следует определить размеры возможной абонентской платы и затем провести серьезный социологический опрос населения на предмет востребованности интерактивных возможностей будущей сети.