Комплект оборудования системы MMDS включает следующие компоненты:

· модуляторы;

· входную приёмную систему;

· цифро/аналоговые передатчики (или один групповой на N каналов);

· цифро/аналоговый сумматор каналов;

· систему сетевого управления;

· автоматическую или ручную систему резервирования;

· широкополосные ретрансляторы (при необходимости);

· антенны;

· волновод и коаксиальный кабель.

Модуляторы

В странах СНГ в настоящее время в наземном телевидении для передачи изображения используются аналоговые сигналы АМ, а для передачи сигналов звукового сопровождения применяется ЧМ. При этом модуляторы в системах MMDS ничем не отличаются от модуляторов передатчиков метрового и нижней части (от 300 до 860 МГц) дециметрового диапазона. Предлагаемые компанией ADC NTSC/PAL-модуляторы серии 5013 идеальны для использования с широкополосными MMDS передатчиками. Модуляторы полностью перестраиваемые - с выходной частотой от 138 до 408 МГц. Высокоуровневым смешиванием и многоуровневой фильтрацией достигается низкое значение внеполосных помех.

Рис.2

Внедрение в наземном телевещании цифровых методов передачи, требует замены аналоговых модуляторов на цифровые. Кроме того, потребуется модернизация бытовых телевизионных приёмников.

Передатчики

В практике проектирования и монтажа систем MMDS используются два варианта построения структурных схем - одноканальный и многоканальный. Таким образом, передатчики могут быть групповыми (многоканальными) и одноканальными, и предназначаться для передачи как аналоговых, так и цифровых сигналов. Кроме того, передатчики могут быть рассчитаны для работы в помещениях и вне помещения вблизи антенны. Вариант размещения передатчика около антенны позволяет практически исключить потери в фидерных линиях, но при значительных колебаниях температуры и влажности резко возрастают требования к надежности работы. Естественно, что усложняется и эксплуатационное обслуживание.

Передатчики совместимы с любыми модуляторами, работающими в диапазоне 138..408 МГц. Блочная конструкция позволяет унифицировать разные модели, предусмотрена встроенная система дистанционной диагностики, а также имеется защита от перенапряжений и коротких замыканий.

При неисправности основного передатчика система автоматического резервирования 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.

Рис.3

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.3). 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.4). 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).

Рис.4.

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.

Одноканальные передатчики серии 5720 позволяют передавать как аналоговые телевизионные сигналы (PAL, NTSC), так и цифровые (QAM, QPSK). Как для аналогового, так и для цифрового вещания имеются цепи коррекции частотной характеристики и системы автоматического регулирования уровня сигнала (АРУ).

Выходная мощность передатчиков этого модельного ряда находится в диапазоне 2,5 - 100 Вт - для модулированного цифрового сигнала и 10 - 280 Вт - для аналогового. Модульное исполнение передатчиков упрощает их установку, эксплуатацию и замену. Автоматическое переключение на резервные модули позволяет не прерывать вещание в случае сбоев. Передатчики 5720 имеют встроенные модуляторы вещательного качества для телевизионных сигналов NTSC, PAL. Это значительно экономит стоечное пространство и позволяет разместить систему MMDS на 31 канал в 4-ех стойках (см.рис.2)

Широкополосный передатчик серии ITS-6450B 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.

Рис. 6

Широкополосный передатчик можно использовать как на головной MMDS станции, так и в качестве широкополосного ретранслятора для увеличения зоны вещания и, соответственно, числа абонентов. Передатчик ITS-6450B принимает на входе VHF/UHF сигналы, поднимает их вверх по частоте и выравнивает уровень выходного сигнала. Использование коррекции возмущений позволяет уменьшить потребляемую мощность и интерференционные искажения.

ВЧ-смеситель каналов ITS-8770 - сумматор MMDS-каналов, который 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. Его компактный дизайн позволяет монтировать до 8 сумматоров на стойку передатчика. В зависимости от потребностей конкретной системы сумматор может устанавливаться как вертикально, так и горизонтально Данный 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.

Рис 7.

Передающая антенна

Передающая антенна диапазона 2,5 ГГц представляет собой вертикальную фазированную антенную решетку (ФАР), покрытую радиопрозрачным кожухом. Чем больше коэффициент усиления антенны, тем больше её размеры и, соответственно, стоимость. Как правило, применяются антенны с круговой 360° (в горизонтальной плоскости) 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.

Элементы волноводного тракта

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. Для электрического и механического соединения таких линий с антенной и передатчиком используются специальные разъёмы и переходники. 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.

Ретрансляторы

При разноэтажной городской застройке, наличии экранирующих препятствий (высот, 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. (см.Рис.10) Ретранслятор - это чаще необслуживаемый приемо-передающий комплекс, состоящий из приемных и передающих антенн, широкополосных усилителей с фильтрующими блоками и фидерных линий.

Рис.10

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.

Передатчик и приемник ретранслятора размещаются вблизи соответствующих антенн, имеют герметичный корпус и систему терморегулирования, которые надежно защищают их от влияния погодных условий. Ретранслятор 605C (booster) - используется для расширения зоны приема, либо для ретрансляции основного сигнала в область радиотени. Система АРУ ретранслятора обеспечивает постоянный уровень выходного сигнала при разности принимаемых сигналов до 30 дБ. Ретранслятор может размещаться во всепогодном защищенном корпусе, обеспечивающем необходимый влажностный и температурный режим (см.Рис.12).

Ретрансляторы 6479А серии - монтируемые в стойку широкополосные усилители, которые обеспечивают мультиканальную ретрансляцию сигналов в диапазоне 2076-2686 МГц. Возможен выбор из семи модулей, благодаря чему обеспечивается от 20 до 1300 Вт пиковой мощности.

Входная MMDS/MDS приёмная система

Входная MMDS/MDS приёмная система предназначена для приёма на базовой станции (BS) входящих сигналов высокоскоростных приложений аудио, видео и данных. Приёмная система содержит приёмник, прецизионный частотный опорный генератор и малошумящий усилитель.

Система управления SCADA

Система SCADA (ITS-5001) - микропроцессорная система управления и мониторинга, позволяющая оператору MMDS в режиме реального времени осуществлять контроль и управление приёмо-передающим оборудованием и системой автоматического резервирования с одного рабочего места - персонального компьютера, который может располагаться как непосредственно вблизи оборудования, так и на любом удалении от него. GUI (GUI - графический интерфейс пользователя), работающий под NT и UNIX, позволяет настроить контроль системы в терминах рабочих коридоров и пороговых значений. Управление осуществляется по протоколу SNMP. SCADA-контролер смонтирован в стойку и имеет простой в использовании интерфейс. Контролер соединён с главным передатчиком резервным оборудованием и с интерфейсным оборудованием узла через сеть, построенную на RS-485. Интерфейс узла имеет цифровой и аналоговый входы для мониторинга параметров, таких как переменное напряжение, температура, и обеспечение безопасности. Структурная схема системы сетевого управления SCADA приведена на Рис.13

Рис.13

Система резервирования

Автоматическая система резервирования разработана для работы с частотно перестраиваемым передатчиком и бустером и способна автоматически или в ручном режиме резервировать любой канал.

На Рис.14 Приведен общий вид Автоматической MMDS системы резервирования компании ADC серии 5065. Для которой в частности характерно:

· автоматическое или ручное резервирование до 31 канала;

· программно управляемый приоритет каналов;

· масштабируемый коэффициент резервирования от 1:1 до 31:1;

· возможность использования SCADA;

Приёмные антенны и конвертеры

У абонента устанавливается антенна, монтируемая на стене здания, малошумящий конвертер и стандартный ресивер. Антенны, в зависимости от вида ДН, подразделяются на три типа: всенаправленные, секторные и направленные.

Всенаправленные антенны ("omni") - имеют круговую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости, вертикальную поляризацию и коэффициент усиления от 3 до 12 дБ. Ширина диаграммы направленности в вертикальной плоскости связана с коэффициентом усиления антенны и изменяется от 60° - при коэффициенте усиления 3 дБ до 7° - при усилении 12 дБ. Всенаправленные антенны используются для создания беспроводных точек доступа при произвольном расположении абонентов.

Секторные антенны имеют ширину диаграммы направленности в горизонтальной плоскости от 35° до 180° и используются для создания секторированных точек доступа, обеспечивающих пространственное разделение абонентов. Такое построение антенной системы точки доступа позволяет повысить ее пропускную способность за счет подключения отдельных устройств к разным антеннам, а также более рационально использовать имеющийся частотно-энергетический ресурс системы.

Направленные антенны применяются для обеспечения максимальной дальности радиолинии, а также для связи беспроводных абонентов с головной станцией MMDS-системы. Коэффициент усиления и, соответственно, тип направленной антенны, выбираются исходя из необходимости обеспечения требуемых энергетических параметров радиолинии.

Приёмная антенна и конвертор, как правило, конструктивно выполнены, как единое изделие (см.Рис.15). Для приёма в пределах планируемой зоны обслуживания обычно достаточно небольших антенн типа "волновой канал" с усилением 18дБ. Для расширения зоны обслуживания может применятся несколько типов приёмных антенн: волновой канал с конструктивно встроенным конвертором, параболические приёмные антенны с коэффициентом усиления 21, 24, и 28 дБ и квазилогопериодические антенны.

Антенны имеют небольшие размеры и надёжную, механически прочную конструкцию, во всех типах антенн конструктивно установлен малошумящий понижающий конвертор (в диапазон 50 - 860 МГц). Все антенны предназначены для наружной установки, имеют всепогодное исполнение. Непосредственное размещение конвертора рядом с антенной позволяет уменьшить потери в кабеле, которые могут быть наиболее существенными на СВЧ частотах. Понижающий конвертер переносит принятый групповой сигнал из диапазона 2,5 ГГц в требуемый для приёма телевизионного приёмника диапазон метровых или дециметровых волн. Так как при передаче применяется амплитудная модуляция, принятая в эфирном телевидении, на выходе приемного конвертера выделяются сигналы телевизионных программ в обычном виде. Частота гетеродина конвертора определяется заказчиком и обеспечивает конвертирование телевизионных каналов в один из диапазонов 222 - 408 МГц (МВ - каналы) или 662 - 848 МГц (ДМВ). Выход конвертера можно подключить непосредственно к телевизору абонента, к домовой распределительной сети (при многоэтажной застройке) или ко входу головной станции локальной кабельной сети (при сложной разноэтажной застройке, если установить приемную антенну на каждый дом невозможно).

Пример системы беспроводного широкополосного доступа фирмы "ADC Telecommunications" Axity™

Система Axity™ представляет собой MMDS-станцию местного обслуживания, предназначенная для организации двунаправленных распределительных сетей, которая может использоваться для передачи данных телефонии и любых IP-приложений с помощью радиосвязи в условиях прямой видимости.

MMDS Axity™ работает в диапазоне 2,5..2,7 ГГц, что снижает влияние погодных условий и местной растительности на распространение радиосигнала. Сеть радиодоступа образуют одна базовая станция (BS) и терминальные станции пользователя (CPE) (антенна, блок приёмопередатчика, сетевой терминал). BS поддерживает двухстороннюю связь более чем с 8000 абонентами, осуществляя приём и передачу входящих и исходящих сигналов в режиме "точка - много точек" (point-to-multipoint) к конечному пользователю радиотерминала и от него, что дает возможность корпорациям объединять в единую сеть все свои звенья, находящиеся на расстоянии 40 км, в пределах досягаемости сигнала.

Axity™ располагает мощными механизмами распределения полосы пропускания. Наличие в системе управления функции QoS позволяет гибко устанавливать уровни обслуживания в зависимости от потребностей клиента и загрузки сети, определяя минимальную гарантированную полосу пропускания для каждого пользователя общего ресурса.

Аппаратура станции включает передатчики для прямого канала, приёмники обратного канала, автоматическую систему мониторинга и управления, эталонный генератор. Широкополосная система MMDS Axity™ является многоканальной, с числом каналов от 1 до 13 в направлении на абонента и от 1 до 28 в направлении от абонента к базовой станции. Используемые в системе канальные передатчики мощностью от 15 до 200 Вт позволяют охватить территорию радиусом более 35 км. Приём сигналов обратного направления реализуется с помощью секторных антенн. Система позволяет обслуживать до 18 секторов, причём в чётных и нечётных секторах каналы могут формироваться на одной и той же частоте.

Рис.16.

Для организации условного доступа сигналы могут быть закодированы. Модуляторы станции поддерживают - 16, 64 и 256-QAM, причем технологии решетчатого кодирования и кодирования кодом Рида-Соломона существенно снижает действие помех, поражающих сигнал при передаче. Также может применяться модуляция QPSK, которая как правило, используется при передаче исходящего трафика от абонента к базовой станции.

Цифровые модулированные сигналы могут быть переданы абоненту непосредственно от головной станции при использовании круговых или секторных (направленных) передающих антенн. В случае, когда необходимо передать сигнал на расстояние большому количеству абонентов или в "мёртвые зоны", применяется система ретрансляции сигналов с использованием передатчиков или, как видно из рис.16, маломощных необслуживаемых ретрансляторов (бустеров). Наружные передатчики и ретрансляторы, устанавливаемые на крышах зданий или на вышках, весьма устойчивы к воздействию окружающей среды и находят самое широкое практическое применение. Блоки передатчиков и ретрансляторов могут быть оборудованы встроенным микропроцессором для дистанционного мониторинга, осуществляемого из операторской. Возможна организация их резервирования. При использовании архитектуры Суперсоты для покрытия одного города будет достаточно одной базовой станции. Сама базовая станция (BS) имеет антенну с круговой диаграммой направленности. Мощность передатчика BS может достигать 100 Вт.

В состав головной (базовой) станции входят:

· антенна с круговой диаграммой направленности;

· передатчик серии 5720 с автоматическим резервированием и сетевым управлением по протоколу SNMP;

· система подключения беспроводных модемов (WMTS);

· MMDS-приемник;

· малошумящий генератор для цифровых устройств;

· сумматор смежных и несмежных каналов и другие блоки.

Базовая станция Axity™ имеет интерфейс с внешним миром типа 10/100Base-T (Fast Ethernet).

Система подключения беспроводных модемов (WMTS), изображённая на Рис.17, допускает установку до 6 универсальных съёмных модулей, что позволяет, помимо повышения ремонтопригодности, в зависимости от потребностей клиентов и поддержания необходимого качества и набора предоставляемых услуг по передачи данных и голоса, задействовать, соответственно, необходимое количество модулей. Помимо динамического распределения ширины полосы (ширина нисходящего канала составляет 6 МГц, а ширина восходящего канала может составлять 200 кГц, 400 кГц, 800 кГц, 1,6 МГц), система автоматически осуществляет выбор несущей частоты и режима модуляции (64-QAM, 16-QAM, QPSK). В системе применяется резервирование, позволяющее проведение "горячей замены", а также используется сетевой протокол управления SNMP.

Рис.17.

Абонентская станция состоит из следующих основных устройств:

· направленная приёмопередающая антенна, характеризующаяся узконаправленной игольчатой ДН (3..6°) и обеспечивающая усиление радиосигналов и направленность радиосвязи;

На Рис.18 приведён общий вид приёмопередающей абонентской антенны компании CALAMP которая применяется в системе MMDS Axity™.

Рис.18.

· блок приемопередатчика, работающий в заданном диапазоне частот с выходной мощностью 0,1..1 Вт (250 мВт достаточно для работы на 30 км), который для уменьшения потерь чаще всего размещается в непосредственной близости от абонентской антенны, например, на её несущей стойке.

· сетевой терминал, состоящий из беспроводного модема для передачи данных (WMU) (см. Рис.19) и пользовательских интерфейсов, дающих абоненту доступ к полному набору интегрированных качественных услуг как на частотах, характерных для MMDS-технологии, так и на 3,5 ГГц. Беспроводный модем функционирует на основе сетевого протокола управления SNMP и обеспечивает пиковую пропускную способность: до 10Мбит/с - в нисходящем канале и 1,8Мбит/с - в восходящем. Беспроводный модем, устанавливаемый у абонента, снабжен интерфейсом 10BaseT Ethernet (10 Мбит/с) для подключения к компьютеру или локальной сети. Для организации обратного канала используется обратный MMDS-канал с модуляцией QPSK. Обратный канал имеет более низкую (по сравнению с прямым каналом) пропускную способность, но зато обеспечивает большую дальность при меньшей мощности передатчика. В этом случае на узле распределения устанавливается приемник и QPSK-демодулятор. Увеличение числа пользователей возможно за счет деления обслуживаемой зоны на сектора. Стандартные варианты конфигурации сети предусматривают применение антенн с шестью (до 16 200 абонентов), двенадцатью (32 400) или восемнадцатью (до 48 600 абонентов) секторами, в каждом из которых используется один из двух объединенных подканалов (по 6 МГц). Axity беспроводный модем характеризуется высокой оперативностью установки и настройки, малым энергопотреблением и предоставляет все необходимые параметры для надёжной работы с широкополосным беспроводным оборудованием, обеспечивая пакетную передачу данных с высокой пропускной способностью к конечным пользователям.

Рис.19.

Вместе с базовой станцией и абонентским терминалом, важнейшей функциональной частью системы MMDS является система сетевого управления SCADA, функциональная схема которой приведена выше, на Рис.13.

Возможности

Таким образом, технические характеристики системы следующие:

· рабочее расстояние в пределах досягаемости сигнала - составляет порядка 35 км;

· один концентратор способен поддерживать двухстороннюю связь с 8 тыс. абонентами;

· пропускная способность достигает 10 Мбит/с;

· возможна передача не только данных, но и голоса;

· рабочий диапазон: 2,5 - 2,7 ГГц;

· система позволяет создавать беспроводный абонентский доступ; коммутацию голоса, данных и смешанный трафик (голос/данные); виртуальные выделенные линии (T1/E1 или Nх64 Кбит/с); IP/Ethernet; полосу пропускания по требованию;

· возможна небольшая переконфигурация и увеличение сети;

· высокое качество и скорость связи, сопоставимые с волоконно-оптическими системами.

Система Axity? способна предложить пользователям широкий набор современных высокопроизводительных услуг связи:

· услуги пакетной передачи данных. Система Axity? имеет возможность передавать большие объемы пакетного трафика с высокой скоростью. Встроенные технологии TDMA в сочетании с динамическим перераспределением радиоресурсов позволяют передавать больше пакетов в доступном диапазоне частот. Каждый абонент пользуется полосой пропускания только тогда, когда она ему необходима. При этом пиковые скорости передачи пакетов могут достигать 1,8 Мбит/с - на восходящих каналах и до 10 Мбит/с - на нисходящих. Типовые услуги: Интернет, Интранет, соединения LAN-to-LAN, VPN, VLAN;

· высокопроизводительный интерфейс радиосвязи, характеризующийся мощным механизмом динамического перераспределения полосы пропускания, основанным на сочетании методов опроса (polling), соперничества (contention) и вложения (piggybacking). В системе используется эффективная упреждающая коррекция ошибок в канале, а также код Рида-Соломона. Несмотря на то, что система Axity? представляет массу разнообразных возможностей, она довольно проста в настройке и позволяет без особых затруднений вносить изменения в конфигурацию сети за счёт наличия удобных средств управления системой, основанных на протоколе SNMP. С точки зрения оператора, мы утверждаем, что режим передачи "узел - множество узлов" является несложным и экономичным при развёртывании сети. Модульная конструкция системы MMDS обеспечивает её значительное наращивание, что позволит нам быстро произвести запуск системы, продолжая её расширение и увеличивая сервис клиентов.

Технологии 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. Технология MMDS наиболее интенсивно внедрялась в сельских местностях, а также в странах, где недостаточно развиты кабельные сети. 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. Сигналы от выходного блока подаются по коаксиальному кабелю через стандартный декодер в квартиру абонента. Сигналы декодируются при наличии разрешения от системы адресного кодирования. В соответствии с Регламентом радиосвязи для радиосистем типа MMDS, LMDS и MVDS выделены следующие полосы частот:

2,1-2,7 ГГц.

30,8-33,4 ГГц.

27,5-29,5 ГГц.

40,5-42,5 ГГц.

42,5-43,5 ГГц.

К настоящему времени внедрены десятки систем MMDS, которые реализуют доступ к Интернет, предоставляют услуги интерактивного телевидения и других широкополосных услуг по технологии беспроводного доступа. Возможность интеграции системы MMDS с высокоскоростным беспроводным обменом цифровыми данными, позволяет легко решить проблему "последней" мили.

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 (Рисунок 4.1):

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 4.1 - 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.

Рисунок 4.2 - 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. Рисунок 4.3).

Рисунок 4.3 - 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).

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.

Усиление вашей предполагаемой антенны вы можете быстро посчитать воспользовавшись моей, может несколько устаревшей по оформлению, программой для радиорасчетов .
Успехов вам, и дальнего телеприема! Е.Шустиков (UO5OHX ex RO5OWG)

Ответы на вопросы посетителей о применимости антенны для диапазона Wi-Fi

Размеры петли критичны? (сложно сделать маленькую правильную квадратную петлю 7*7мм из кабеля (от осцилографа)с внешним диаметром 3,5 мм а по оплетке 2.5мм.)проще 7 *27 по размеру четвертьволновой линии

Да, размеры критичны. В предложенной Вами длинне кабеля, с учетом коэффициента его укорочения, уложется более 1 длинны волны, т.е. в петле будут участки с обратным движением тока и соответственно подавлением сигнала. По моим соображениям петля не должна превышать пол-длинны волны в кабеле или быть еще короче. Я использовал полужесткий кабель 50 Ом, залудив оплетку серебряного кабеля с фторопластовой изоляцией, диаметром 3 мм, совпадающего по диаметру с капилярной трубкой из которой был сделан облучатель.
И еще. Обычно в осциллографических концах применяются кабели с волновым сопротивлением 150 Ом, как имеющие самую маленькую погонную емкость. Применение такого кабеля для соединения с конвертером приведет к появлению в нем стоячей волны из-за рассогласования сопротивлений т.к. входное сопротивление конвертеров обычно 50 Ом.
К строгой прямоугольности петли стремиться необязательно, она может быть достаточно округлой (но короткой, как я писал выше) ее можно плотно притянуть нитками к четвертьволновой линии в нижной ее части, где плотность тока максимальна а электрическая составляющая невелика. В этом случае симметрирование излучателя получается автоматически.

-по конструкцию облучателя. Я думаю изогнуть из проволки 1.5-2 мм - должно нормально получится

Облучатель конечно можно сделать и из проволоки, но если вы планируете использовать антенну для диапазона Wi-Fi то длины ВСЕХ элементов конструкции желательно пересчитать. Антенна была расчитана и смоделированна для диапазона MMDS 2,5-2,7ГГц со средней частотой 2,6ГГц и широкополоскость ее достигнута за счет большого относительного диаметра элементов облучателя. Применение проволоки меньшего диаметра, конечно же снизит широкополосность, что впрочем для узкого диапазона Wi-Fi несущественно. Но наилучшие результаты все же будут получены если длины всех элементов конструкции увеличить в 2600/2441,75 = 1,0648 раза, переведя ее резонансную частоту в середину Wi-Fi диапазона. Такой пересчет размеров желательно сделать даже если Вы используете такой же капиляр 3 мм как у меня, т.к. для связи каждый децибел сигнала важен.

-АП соединю с антенной кабелем сантиметров 50. Прочитал что на таких частотах длина кабеля должна быть кратна длине волны - а как реально длину кабеля подобрать?

Необязательно! При согласованном соединении, когда волновое сопротивление кабеля совпадает с входными сопротивлениями облучателя и конвертера (или приемо-передатчика Wi-Fi), в кабеле устанавливается режим бегущей волны при котором длинна кабеля никак не влияет на прохождение сигнала, добавляя только небольшое затухание (в Вашем случае около 0,5дБ) из-за потерь в проводниках и диэлектрике изоляции кабеля на этих частотах.

- ясно. а если сделать кабель-петельку в 2 длины волны и уложить его восьмеркой как на рисунке можно получить бОльший сигнал и соблюсти "фазность" токов

Я нарисовал Вам мгновенное распределение токов (красные стрелки и эпюры) и напряжений (синие стрелки и эпюры) в симметрирующе-согласующей линии и двух вибраторах. Из рисунка видно, что максимум тока в четвертьволновой линии находится в самом низу в месте ее перегиба. Там же находится и максимум ее магнитного поля. В этом же месте располагается и петля связи (на рисунке я ее условно сдвинул вниз). Видно, что напрвления токов петли и линии совпадают. В случае восьмерки такого совпадения добиться не удастся. Тем более в случае удвоенной длинны волны в петле будет 4(!) участка с противоположным направлением токов. На рисунке петли показан ток текущий по внутреннему проводнику кабеля, именно он и создает ее магнитное поле. Оболочка кабеля в петле служит лишь электростатическим экраном препятствующим попаданию емкостных токов линии в центральный проводник кабеля. Чтоб не получилось короткого замыкания для магнитной составляющей этот экран не должен замыкаться на себя в месте припайка жилки кабеля (короткозамкнутый виток). Кроме этого, вверху линии в точках соединения ее с вибраторами находятся максимумы напряжения линии и вибраторов. Пэтому помещение туда петли, а равно как и
использовании большой петли, вызовет большие емкостные токи на оплетку кабеля вызывая потери сигнала и рассимметрирование антенны. И вообще в антенном хозяйстве вблизи концов антенн с максимумом напряжения не должно нахдится никаких металлических предметов для исключения искажения поля в ближней зоне и потери сигнала. К четверьволновой линии это не относится т.к. она имеет бесконечно большое сопротивление на концах и наилучшим образом согласована с концами вибраторов.

Вызвана высокой динамикой развития информационных технологий по обеспечению уровня информационных услуг, а также все более возрастающим числом доступного контента для вещателя. По своему принципу работы MMDS аналогична традиционному эфирному телевещанию в аналоговой или цифровой формах, за тем исключением, что она исходно предназначена только для ограниченного круга потребителей (используются кодированные платные каналы для сбора абонентской платы).

В настоящее время в России для вещания в прямом канале выделен диапазон 2,5 – 2,7 ГГц (24 канала с полосой в 8 МГц). Для реверсного канала (в случае интерактивной MMDS) выделяется участок частот в диапазоне 2,1 – 2,3 ГГц.

К достоинству MMDS следует отнести простоту доставки TV сигналов до абонента при охвате значительной площади. MMDS обладает относительно низкой стоимостью передающего оборудования, в основном зависящей от числа транслируемых каналов, мощности передающих устройств и вида MMDS.

П ри низкой канальной мощности передатчика (обычно не более 100 Вт) удается охватить значительную зону вещания (до 50-70 км) за счет высокого коэффициента усиления приемной антенны (18…25 dB). При этом важно выбрать правильное место установки антенной системы с учетом требуемой санитарной зоны (обычно не более нескольких десятков метров) и рельефа местности.

В качестве источников сигнала используют традиционные головные станции, которые применяются и при построении СКТ.

О чень важным моментом при проектировании систем MMDS является правильный энергетический расчет зоны охвата с учетом высоты установки антенны. Такой расчет весьма трудоемок и сложен. Выполнить его можно только с использованием машинных методов расчета. При необходимости увеличения зоны охвата или при наличии теневых зон, устанавливаются ретрансляторы , работающие в автономном режиме.

В настоящее время MMDS следует рассматривать как мультисервисную беспроводную (WireLess) систему телевидения, т.е. по полной аналогии с СКТ. Такая двунаправленная система должна в обязательном порядке иметь возможность подключения беспроводной головной системы модемов (WMTS – Wireless Modem Termination System), работающей по стандарту DOCSIS 2.0 WMTS. Структурная схема интерактивной MMDS должна в обязательном порядке включать в себя передатчик, приемник, головную станцию (та же, что и в HFC) и WMTS в сочетании с необходимыми серверами. В одном из развернутых вариантов интерактивной MMDS показаны схемы подключения основных функциональных модулей с вариантом подключения канальных передатчиков и управляемой коммутационной матрицей (48 входов), позволяющей в ручном или автоматическом режиме транслировать в эфир требуемые каналы в заданное время из множества принимаемых или формируемых собственной телестудией.

П ользователей можно подключать как индивидуально, так и коллективно. С точки зрения формирования реверсного направления, коллективное подключение является более предпочтительным. При этом в голове кабельного сегмента устанавливается трансивер с приемо-передающей антенной (трансвертор) или дополнительная коллективная передающая антенна. При этом пользователи, подключенные к Internet, могут воспользоваться такой услугой как IPРV (разовая плата за просмотр в кредит), а также любыми другими услугами традиционных интерактивных сетей. Для сегментации активных абонентов обычно используют несколько технических приемов .

Т аким образом, можно сделать следующие рекомендации и выводы:

Системы MMDS по своему структурному построению очень близки к традиционным кабельным сетям (СКТ). Принципиальное отличие заключается в замене кабельных участков на эфир.
В MMDS могут транслироваться все виды сигналов, используемые и при построении СКТ: AM TV, DVB-C, DVB-T, DVB-H и др.
MMDS обладает более низкой стоимостью и значительно меньшими временными затратами в сравнении с СКТ. Однако MMDS предусматривает использование индивидуальных (или коллективных на небольшое число абонентов) антенн. А это влечет за собой неизбежное снижение числа подключаемых абонентов (включая и обязательное наличие теневых зон).
Значительно большими притягательными возможностями обладают интерактивные MMDS, предусматривающие обязательное наличие реверсного канала (по телефонной линии или по эфиру).
Очень важным моментом при выборе типа MMDS является не только ее технические параметры (например, выходная мощность и стабильность частоты), но и функциональные возможности. В первую очередь к ним относятся:
Ø возможность подсоединения WMTS, работающей по стандарту DOCSIS 2.0;
Ø наличие системы дистанционного менеджмента/мониторинга;
Ø возможность ее сопряжения с ВЧ цифровыми возбудителями (в первую очередь DVB-C/T/H);
Ø наличие системы автоматического резервирования по всем используемым модулям.
Большей зоной охвата обладают канальные MMDS в сравнении с диапазонными. Однако последние обладают более низкой стоимостью.
Для увеличения зоны охвата (а также увеличения возможностей и качества предоставления мультисервисных услуг) более экономичным является включение нескольких маломощных MMDS по схеме ячеистой структуры. При этом не только снижается стоимость системы в целом, но и облегчаются условия получения лицензии на вещание.
Весьма значительными преимуществами обладают MMDS, у которых конечный усилитель мощности выполнен в пыле- влагозащищенном корпусе и устанавливается в специальном контейнере в непосредственной близости от передающей антенны. При установке же передатчика в составе ГС наблюдаются некоторые противоречия, заключающиеся в следующем: для расширения зоны охвата необходимо максимально возможно поднимать передающую антенну (обеспечивая тем самым зону прямой радиовидимости). Но подъем антенны означает снижение излучаемой мощности в силу неизбежных потерь в подводящем кабеле. А снижение излучаемой мощности приводит к уменьшению зоны охвата при фиксированной мощности передатчика.
Приобретая MMDS, следует сразу обратить внимание на возможность ее работы по стандарту DOCSIS 2.0 WMTS (или версии 3.0). Согласно этому стандарту существенно ужесточены требования по стабильности выходной частоты, неравномерности ГВЗ и ряду других параметров. Никакая модернизация MMDS не позволит в дальнейшем внедрить широкий спектр востребованных услуг.
Правильно рассчитать зону покрытия интерактивной MMDS могут только высококвалифицированные специалисты, имеющие достаточный опыт в данном направлении и имеющие в своем распоряжении необходимые машинные методы расчета.

Если у Вас возникли какие либо вопросы, обращайтесь по E-mail.

Ранее мы упомянули о таких системах сотового телевидения, как MMDS (Multichannel Microwave Distribution System ), LMDS () или MVDS (). Сейчас мы разберем каждую систему подробно и определим плюсы и минусы каждой из них.

Многоканальная Многоточечная Распределительная система – в английской аббревиатуре MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System ) – это система наземного телевещания, аналог кабельного телевидения, но без кабеля, некоторым образом сходная со спутниковой телевещательной системой – только спутник-ретранслятор в этом случае как бы находится на земле. Во многих случаях этот способ распространения теле- и радиопрограмм имеет неоспоримые преимущества перед давно известными и широко используемыми – по кабельным сетям и посредством спутников – ретрансляторов. Так, в частности, приёмные антенны могут быть значительно меньше спутниковых, ведь мощность MMDS - сигнала гораздо больше, чем сигнал от спутника. Ширина частотного диапазона составляет 2686-2500 = 186 МГц. В этой полосе можно разместить до 24 аналоговых телевизионных каналов принятого в России стандарта D (SECAM, 8 МГц) или до 31 канала европейского стандарта B (PAL, 6,5 МГц). Для западных стран это немного, поэтому системы MMDS строятся, как правило, там, где создание кабельной сети невозможно или нецелесообразно.

Преимущества MMDS :

· Недорогое абонентское обслуживание

· Минимальное (по сравнению с сетями кабельного телевидения) количество технических специалистов

· Легкость подключения конечного пользователя вследствие отсутствия привязки к кабельной инфраструктуре

· Низкая себестоимость владения каналов каналами и обслуживания каналообразующего оборудования по сравнению со стоимостью владения и поддержкой работоспособности аналогичной кабельной инфраструктуры

Недостатки MMDS:

· Общее количество транслируемых телевизионных каналов не может превышать 24

· Быстрое развертывание системы в конкретной местности вследствие простоты установки как базового передающего оборудования, так и сети ретрансляторов

· Возможность использования сети MMDS в качестве ретранслятора как государственных, так и местных кабельных телеканалов

Рис. 3 - Структурная схема MMDS

LMDS (Local Multipoint Distribution System ) представляет собой широкополосную систему беспроводных телекоммуникаций типа «точка-многоточка», которая функционирует в диапазоне частот выше 20 ГГц (конкретный диапазон зависит от страны и местного лицензирования диапазонов). Система LMDS предназначена для одно- или двусторонней передачи голоса, данных, Интернет-трафика и видео. LMDS можно перевести как локальная многоточечная распределительная система.

По своей сути технология LMDS - это сотовая система передачи информации для фиксированных абонентов на основе радиоканала миллиметрового диапазона волн. Основа ее организации копирует принцип организации сети в мобильной сотовой связи. Для покрытия определенной территории (обычно города) разворачивается сеть перекрывающихся сот, в центре каждой из которых устанавливается базовая станция. Одна такая станция в системе LMDS позволяет охватить район с радиусом в несколько километров и подключить несколько тысяч абонентских станций. При этом сами станции в системе LMDS объединяются друг с другом высокоскоростными наземными каналами связи либо радиоканалами.

Преимущества LMDS:

Беспроводная система, что не требует прокладки дорогостоящих кабельных линий связи.

Возможность развертывания сети за малый промежуток времени

При необходимости система может быть в короткие сроки демонтирована и установлена в другом месте.

По сравнению с аналогичными по скорости передачи проводными каналами связи, развертывание абонентского терминала LMDS и абонентская плата за канал ниже.

В России система LMDS пока не получила распространения.

MVDS (Multipoint Video Distribution System ) представляет собой широкополосную систему беспроводных телекоммуникаций типа «точка - многоточка», основным предназначением которой является передача видео (в том числе ТВ-программ). Сегодня в системе MVDS к видео сигналу с помощью IP - инкапсулятора можно добавить Internet, голос по IP и другие типы сервисов. Поэтому постепенно стираются различия между системами LMDS и MVDS, хотя первоначально первая из них предназначалась для широкополосной передачи в основном данных, а вторая - только видео. MVDS можно перевести как «многоточечная распределительная система видео». По своей сути MVDS - это сотовая система передачи информации для фиксированных абонентов на основе радиоканала миллиметрового диапазона волн. По принципу своей организации MVDS копирует принцип организации сети в мобильной сотовой связи. Для покрытия определенной территории (обычно города) разворачивается сеть перекрывающихся сот, в центре каждой из которых устанавливается базовая станция (БС). Одна БС позволяет охватить район в виде окружности (в реальности - это многоугольник) с радиусом в несколько километров и подключить несколько тысяч абонентских станций (АС). Сами БС объединяются друг с другом высокоскоростными наземными каналами связи либо радиоканалами.

Наиболее привлекательным качеством систем MVDS является ширина предоставляемого диапазона - 2 ГГц. Еще одной особенностью волн этого диапазона является прямолинейность их распространения. Они не способны огибать даже небольшие препятствия, а напротив - отражаются от них практически без искажений. Практика показала, что на частоте 40 ГГц удовлетворительно принимаются сигналы, прошедшие 4-кратное отражение. Это свойство может использоваться при проектировании высокочастотных систем раздачи сигнала. В системах MVDS могут применяться как аналоговый, так и цифровой способы передачи информации, а также различные системы модуляции. Однако для целей построения мультимедийных сетей актуальна разработка чисто цифровых систем. Можно выделить 2 типа систем: кабельные и спутниковые.

В «кабельном» типе систем применяются QAM модуляция и ширина каналов 8 МГц, а в «спутниковом» - QPSK модуляция и ширина канала 36-40 МГц.

Спутниковый вариант MVDS позволял передавать до 30 ТВ каналов стандартного качества и обеспечивал прием сигнала на 25-сантиметровую рупорную антенну в радиусе 10 км, а кабельный - до 100 каналов, но на расстояние до 4.5 км при условии приема на 60-сантиметровую антенну. Мультимедийная сеть MVDS строится на базе головной станции. При формировании информационных потоков могут использоваться самые разнообразные источники - Интернет, эфирные, кабельные и спутниковые телевизионные каналы, различные местные источники информации.

Рис. 5 – Структурная схема системы MVDS.