Файл: Учебное пособие СанктПетербург 2014.pdf

106
Основные достоинства радиосистем широкополосного доступа заклю- чаются в следующем [20]:
− высокое качество сигналов и практически полное отсутствие «мерт- вых» зон за счет выбора размеров соты (ячейки) в пределах от 1 до 6 км;
− возможность для абонентов выбора большого числа сигналов раз- личных телекоммуникационных служб, в том числе телевизионных программ;
− высокая надежность сети при рассредоточенных ретрансляторах;
− обеспечение экологически безопасных для населения уровней элек- тромагнитных излучений радиопередатчиков;
− сравнительная дешевизна абонентской установки за счет использо- вания комнатной малогабаритной антенны с линейными размерами
15…25 см;
− высокое качество сигналов из-за сравнительно низкого уровня по- мех в выделенных для этих систем диапазонах частот (2,5…2,7 ГГц;
25…45 ГГц);
− независимость условий приема от телевизионных стандартов NTSC,
PAL, SECAM, за счет оцифровки сигналов;
− относительно низкая стоимость развертывания радиосистем широ- кополосного доступа в условиях больших городов по сравнению с монтажом и эксплуатацией гибридных оптико-коаксиальных систем кабельного телевидения.
Частным случаем радиосистем широкополосного доступа (сотовых систем телевещания) является система MMDS, которая представляет собой широкополосный передающий комплекс, осуществляющий трансляцию пе- редаваемой на его вход информации в полосе частот шириной 200 МГц. Она аналогична радиорелейной линии, но отличается тем, что предназначена для охвата телекоммуникационными услугами больших территорий.
В России для систем MMDS выделена полоса частот 2,5…2,7 ГГц при условии использования амплитудной модуляции. В состав передающего комплекса входит один или несколько радиопередатчиков, сумматоры, линии связи, одна или несколько передающих антенн [20].
В практике проектирования и монтажа систем MMDS используются два варианта построения структурных схем [20]:
− одноканальный;
− многоканальный.
В одноканальном варианте для передачи n телевизионных программ применяются n передающих устройств, включающих модулятор и собствен- но радиопередатчик, а суммирование мощности разных передатчиков осуще- ствляется непосредственно в антенне (рис. 5.7) [20].
В многоканальном варианте передаваемые n телевизионных сигналов различных программ сначала поступают на свои модуляторы, далее из них формируется групповой сигнал, который модулирует широкополосный ра- диопередатчик, работающий на общую антенну (рис. 5.8) [20].

107
М
1
М
2
М
n
П
1
П
2
П
n
С
у м
м а
то р
А
Телевизионный сигнал первой программы
Телевизионный сигнал второй программы
Телевизионный сигнал n-й программы
М – модулятор; П – передатчик; А – антенна
Рис. 5.7. Функциональная схема системы MMDS при использовании одноканальных радиопередатчиков
Рис. 5.8. Функциональная схема системы MMDS при использовании многоканальных радиопередатчиков
Многоканальные передатчики целесообразно использовать в неболь- ших городах и поселках городского типа, где радиус зоны покрытия не пре- вышает 6 км. По сравнению с передатчиками традиционного наземного теле- видения мощность передатчиков MMDS значительно ниже. Их типовые зна- чения – не более 100 Вт в области частот 2,5 ГГц. Возможен как индивиду- альный прием сигнала в пределах прямой видимости с помощью малогаба- ритных приемных антенн, совмещенных с конвертором, который переносит принимаемый групповой сигнал в область более низких частот, так и через антенные устройства SMATV (Satellite Master Antenna TV – телевизионная система коллективного пользования) [20].
К сотовым системам телевидения относится перспективная система
LMDS, работающая в полосе частот более 23 ГГц, т. е. на почти миллиметро- вых волнах, и использующая помехоустойчивый вид модуляции QPSK. Сис- тема сотового телевидения LMDS работает по следующему принципу: в пре- делах зоны охвата устанавливается сеть радиопередатчиков (базовых стан- ций – БС) с радиусом действия около 5…6 км. Приемное устройство исполь- зует плоскую небольшую антенну, устанавливаемую как в помещении, так и вне его. В системе LMDS абонент получает сигналы сразу с нескольких спутников.
Специальные устройства, установленные на БС, улавливают сигналы различных программ с разных ИСЗ и ретранслируют их абонентам. Такая система обеспечивает возможность абонентам принимать в среднем до 100 телевизионных программ, причем отпадает необходимость иметь дешифра- тор (как в случае с обычной спутниковой системой) – к телезрителям телеви- зионные сигналы с различных спутников поступают уже в расшифрованном виде. Система LMDS удобна еще и тем, что может работать в интерактивном режиме и включать в себя целый набор телекоммуникационных услуг [20].
Сотовые системы телевещания MVDS работают в полосе частот
40,5…42,5 ГГц и используют радиопередатчики мощностью около 1 Вт.
В такой сисеме один радиопередатчик с ненаправленной антенной или груп- па передатчиков с антеннами секторной направленности, имеющими боль- шой коэффициент усиления, составляют БС. Радиопередатчик БС передает

108 в эфир сигнал с несколькими несущими в диапазоне частот миллиметровых волн. Излучаемый сигнал имеет ширину спектра 1…2 ГГц и содержит ин- формацию большого числа региональных программ, а также принимаемых со связных ИСЗ. Многоканальный сигнал может поступать на вход радиопере- датчика уже скомпонованным на специальной региональной станции, либо непосредственно формироваться на БС с помощью соответствующих муль- типлексоров [20].
С помощью системы MVDS в полосе частот 2 ГГц можно организовать от 96 до 128 аналоговых телевизионных каналов с предоставлением интерак- тивных услуг (или в несколько раз больше цифровых), причем каждый из них будет занимать полосу частот от 29,5 до 39 МГц.
Однако максимального значения число частотных каналов достигает лишь при работе одиночной БС. При наличии в сети множества сот приме- няются БС с четырехсекторными антеннами. Частотное планирование сети осуществляется благодаря использованию различных радиочастот или поля- ризации излучаемого сигнала в каждом секторе. Фиксирование абонентской антенны в такой системе позволяет использовать сигналы с различной поля- ризацией. В результате выполнения указанных условий, исключающих влия- ние соседних БС друг на друга, возможное число транслируемых программ уменьшается в 4 раза. Современные системы такого типа обеспечивают пе- редачу радиосигналов на экологически безопасных уровнях мощности –
100…300 мВт на один канал [20].
Следует отметить, что подобные системы хорошо работают именно в городах, где СВЧ-сигнал доходит до абонентов, не находящихся в зоне пря- мой видимости, после многократного отражения от стен домов.
Абонентское оборудование сотовых систем телевидения представляют собой традиционный спутниковый тюнер, работающий в диапазоне частот
950…2050 МГц. Антенна выполняется вместе с СВЧ-приемником, осуществ- ляющим первое преобразование частоты с целью ее понижения, в едином блоке, представляющим собой легкое компактное устройство диаметром около 150 (в диапазоне 40 ГГц) или 250 мм (в диапазоне 23 ГГц).
5.5 Принципы организации звукового и телевизионного
вещания через телекоммуникационные сети
В последнее время наблюдается значительный интерес к технологии потокового, т. е. непрерывного, аудио и видео вещания через телекоммуни- кационные сети (в том чи через глобальную сеть Интернет).
В основе всех технологий потокового вещания в прямом эфире лежит следующий принцип: станция оцифровки, либо кодирующее устройство осуществляют захват видео и звуковых сигналов и затем кодируют эти сиг- налы в медиа-поток с заранее заданными параметрами. Современные техно- логии обеспечивают всестороннюю «чистку» звуковых и видеоданных, за счет шумоподавления, удаления артефактов, преобразования чересстроч- ной телевизионной развертки в прогрессивную и коррекцию цвета. Далее

109 сформированные цифровые потоки передаются на серверы, ретранслирую- щие их абонентам в сети [20].
Аппаратуру для кодирования звука и видео в потоковые форматы мож- но условно разделить на две группы [20]:
1. Программныме кодеры. Захватывают видео с помощью камеры, и дальнейшая «упаковка» видеоданных выполняется программным путем, с отправкой сформированного потока на сервер.
2. Программно-аппаратные комплексы кодирования. Как правило, по- добные системы имеют расширенные возможности по обработки видио и звука, за счет высокого быстродействия аппаратной части, но и высокую стоимость.
Важной особенностью аппаратных кодеров является возможность формирования нескольких информационных потоков видеоданных с различ- ным соотношением сторон и качеством (в первую очередь, четкостью) вос- производимых изображений.
Т а к и м о б р а з о м , можно сразу подготовить потоковый контент, рас- считанный на каналы связи с различной пропускной способностью и в нескольких форматах передачи (например: Microsoft Windows Media,
Real Networks, Real Video, MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, или Apple’s Quick
Time) [20].
Существуют два принципа потоковой передачи аудио и видео в теле- коммуникационных сетях Интернет [20]:
1) Unicast (одноадресная передача данных);
2) Multicast (многоадресная передача данных).
В режиме Unicast вещательный сервер генерирует для каждого клиента отдельный поток аудио и видеоданных, а ПК пользователя периодически от- сылает на сервер подтверждение о доставке пакетов данных. Таким образом, требуемые мощность сервера и полоса пропускания канала связи прямо про- порциональны количеству клиентов в сети. В способе Unicast сервер практи- чески может обслуживать только очень ограниченное число пользователей.
Такой способ используется, в основном, в системах «видео по запросу». Она удобна для работы отдельных пользователей с видео и аудиоархивами и для распространения вещания на абонентов, подключенных по низкоскоростным коммутируемым линиям связи.
В режиме Multicast (передача от одной точки на многие точки) сервер генерирует один поток данных, к которому могут подключаться по сети раз- личные группы (локальные сети) клиентов. В данном случае мощность сер- вера и занимаемая полоса пропускания канала не зависит от количества кли- ентов. Для реализации режима IP-Multicast имеет значение тот факт, что мультиплексирование потока данных производится не на сервере у источни- ка данных, а матричными коммутаторами в точках разветвления IP-сетей.
Необходимый ресурс сервера и магистральной сети при этом могут быть зна- чительно меньше. При передаче по способу IP-Multicast для сервера безраз- лично, принимают ли данные один или миллион приемных устройств, сервер

110 однократно передает пакеты данных по Multicast-адресу, а сеть распределяет и мультиплексирует их [20].
Подобно классическому вещанию при реализации режима Multicast клиентами принимается только узко ограниченное число звуковых или ви- деопрограмм и нельзя получить требуемую информацию индивидуально в желаемое время. На практике технология многоадресной передачи данных широко применяется для новостийного вещания, в дистанционном образова- нии, в корпоративных сетях, в структурах государственного управления. Пе- редача мультимедийного потока данных способом IP-Multicast из одной точ- ки на многие точки создает систему связи, схожую со схемой традиционного телевизионного вещания. Для российского сегмента Интернета, где ощуща- ется дефицит высокоскоростных соединений сетевых узлов, сдерживающий широкое использование вещательных технологий, применение режима
Multicast особенно актуально.
В последнее время практическое применение получил новый способ передачи потоков мультимедийных данных в IP-сетях типа Multicast. Данный способ основан на разбиении каждой вещательной программы на ограничен- ные по длительности части, которые пространственно распределяются между различными серверами. В приемном устройстве в процессе обработки ве- щаемого потока отдельные части составляются в единое целое. Каждая веща- тельная программа при этом передается с нескольких серверов, которые при- емное устройство воспринимает как единый «виртуальный» передатчик за счет разделения вещательной программы на временные отрезки. В этом слу- чае достоинство Unicast-передачи (ее индивидуальность) сочетается с эффек- тивностью использования полосы частот в способе Multicast. При этом инди- видуальное содержание программ может передаваться значительно больше- му числу приемных устройств в отсутствие широкой полосы частот [20].
Основу главы 5 составляет материал работы [20].

111
6 СЕТИ И СИСТЕМЫ АБОНЕНТСКОГО ДОСТУПА
6.1 Понятие сетей абонентского доступа
Одной из самых проблемных и динамично развивающейся частей со- временных сетей связи является доступ пользователей и абонентов к узлам связи транспортных сетей для предоставления телекоммуникационных услуг.
При этом наблюдаются следующие тенденции развития доступа:
 использование существующей инфраструктуры низкочастотных медных линий для предоставления доступа к узкополосным и широ- кополосным услугам средствами модемов цифровых абонентских линий xDSL (Digital Subscriber Line) в разновидностях симметрич- ных, асимметричных и высокоскоростных линий (HDSL, ADSL,
VDSL), в которых могут передаваться сигналы на скоростях от де- сятков кбит/с до десятков Мбит/с (64 кбит/с – 50 Мбит/с) на относи- тельно небольших расстояниях от десятков и сотен метров до не- скольких километров;
 использование технологий: «волокно в дом», «волокно в распреде- лительный шкаф», «волокно в офис» и т. д., обозначаемых FTTx
(Fiber To The Home, …), например, пассивной оптической сети PON
(Passive Optical Network), основанных на сети волоконно- оптических линий, для организации доступа к любым видам услуг;
 использование технологий радиодоступа RLL (Radio Local Loop) для фиксированного и мобильного, узкополосного и широкополос- ного доступа с разделением радиочастотных ресурсов по спектру частот, по времени, кодовым разделением, пакетной передачей; пример последнего – технология WiMAX.
Плоскость пользовательских услуг отражает все известные и востребо- ванные услуги электросвязи, к которым относятся:
 телефония с коммутацией каналов и IP-телефония;
 видеосвязь, видеоконференции;
 Интернет, электронная почта;
 звуковое вещание;
 цифровое телевидение;
 и т. д.
Для реализации услуг необходимы различные терминалы для пользова- телей. Это и обычные телефонные аппараты, теле- и радиоприемники, тер- миналы сетевых подключений цифровых сетей с интеграцией услуг (ЦСИУ) или служб (ЦСИС) – ISDN (Integrated Services Digital Network), персональные компьютеры и т. д.
В связи с качественными изменениями, происходящими в развитии со- временных телекоммуникационных сетей (ТКС), и в частности с созданием мультисервисных сетей, осуществляется внедрение современных технологий и на абонентских сетях доступа. Новые концептуальные подходы к их по-