3. Принципы планирования сети.
Планирование сети МИТРИС начинается с определения основных параметров ячейки. Прежде всего, определяется распределение частот внутри системы. Основные принципы повторного использования частот при планировании сотовой структуры те же, что и применяемые в мобильной связи. Дополнительные методы, которые используются при повторном использовании частот в сотовой системе МИТРИС и которые являются следствием фиксированного характера связи, следующие:
-минимизация «многолучевости» и кроссполяризации за счет использования антенн с высокой степенью направленности и расположения их как можно выше;
-при использовании секторных антенн на базовых станциях - максимизация их направленности;
-максимизация изоляции между соседними секторами за счет использования ортогональной поляризации (горизонтальной в одном секторе и вертикальной - в другом).
Мы уже отмечали ранее (см. часть 1 данной серии), что во многих случаях благодаря фиксированному характеру связи, оказывается возможным повторное использование частот в соседних ячейках. Так можно достичь экономии частотного ресурса.
Основные параметры, учитываемые при проектировании ячеек следующие:
- Размеры ячейки при прочих равных условиях выбираются из соображений желаемого уровня надежности связи и характера застройки зоны покрытия, а также от емкости трафика.
- Перекрытие ячеек также в первую очередь зависит от плотности и этажности застройки в зоне обслуживания. При плотной многоэтажной застройке, которая влечет за собой возможность появления множества зон «радиотени» и опасность проявления последствий «многолучевости» даже при соблюдении условий «прямой видимости», перекрытие ячеек должно быть
значительным. Большое перекрытие позволит нацеливать абонентскую станцию на ту из базовых станций, которая обеспечит наилучшее качество канала передачи.
3. Распределение подписчиков. Определение количества и расположения внутри ячейки подписчиков, которым должно быть гарантировано качественное обслуживание.
4. Количество секторов в ячейке. Определяется размерами ячейки и плотностью размещения абонентов в ней.
5 Бюджет ячейки. Определяется максимальным расстоянием до абонента, при котором обеспечивается заданная надежность обслуживания.
6 Стоимость ячейки – суммарные затраты на создание всего комплекса оборудования, используемого в пределах данной ячейки.
Разработка проекта крупномасштабной телерадиоинформационной системы, позволяющего получить максимальную экономическую эффективность от его реализации – задача очень серьезная, требующая возможно более полного учета всех приведенных выше факторов. Кроме того, часто такая система будет строиться на территории, где уже существуют какие либо сети передачи данных и цифрового телевизионного вещания. Задача проектировщика – эффективно включить их в состав системы для получения максимального экономического выигрыша.
Основные варианты построения сети.
Основной вариант конфигурации системы показан на рисунке 1. Основной объем информации цифрового ТВ и Интернета сконцентрирован на ЦС сотовой системы связи и вещания МИТРИС. Отсюда информация на БС, находящиеся в центрах ячеек сотовой структуры, передается либо по волоконно-оптическим линиям связи (ВОЛС), либо по широкополосным дуплексным радиорелейным линиям посредством применения приемопередатчиков, снабженных антеннами с узкой диаграммой направленности. Базовые станции связываются с ЦС либо непосредственно (как БС1…БС6), либо через дополнительный интервал ВОЛС (РРЛ) как БС7. Центральная станция, кроме оборудования для цифрового телевизионного вещания и передачи и приема данных, содержит также оборудование для управления всей сетью и оборудование для организации условного доступа для ТВ вещания. Нисходящие потоки (от ЦС к АС) представляют собой широкополосные асинхронные с постоянной скоростью потоки данных MPEG -2, посредством которых возможна передача вместе с многопрограммным телевидением также IP -данных. Восходящие каналы предназначены для передачи данных от АС к БС по протоколу множественного доступа ( MAC ) с использованием частотного ( FDMA ), временного ( TDMA ) и кодового ( CDMA ) разделения каналов. Еще один метод увеличения количества обслуживаемых абонентов (конечных пользователей) без увеличения занимаемой полосы частот показан на рисунке 3. В данном случае БС ячейки сотовой структуры имеет систему секторных антенн, и разделение также происходит в пространстве (обслуживаются только те АС, которые находятся внутри сектора). В других секторах частоты могут использоваться повторно. Таким путем достигается экономия частотного ресурса.
Основной вариант предполагает его применение в больших городах с плотной многоэтажной застройкой, для которой характерны большие и многократно повторяющиеся области «радиотени». На более открытых территориях, т.е. там, где одна ЦС может обеспечить сигналом всю зону обслуживания, сотовая структура может быть применена только для обратных каналов. Такое построение системы (назовем его упрощенным) показано на рисунке 2. Здесь вещательный сигнал вместе с IP -данными излучается ЦС в пределах макроячейки, которая определяет размеры зоны обслуживания. АС получают эти сигналы непосредственно от ЦС на свои приемники.
Сигналы обратных каналов передаются от АС к БС, которые находятся в центрах ячеек сотовой структуры (микроячеек). Поскольку объем информации, передаваемой в восходящем направлении ощутимо меньше, чем в нисходящем, то связь между БС может осуществляться по проводным линиям связи или по РРЛ с насколько меньшей пропускной способностью.
Главной особенностью, характерной для такого построения, является потребность в использовании абонентом двух отдельных антенн и конверторов для организации прямого и обратного каналов. Приемная антенна и конвертор представляют собой обычный комплект абонентского приемника для приема вещательного МИТРИС плюс дополнительный понижающий конвертор из диапазона спутниковой ПЧ (0.95-2,15ГГц) в полосу приема модема DOCSIS (460-500МГц). Замечательно то, что передающая часть комплекта в данном случае абсолютно не связана по частоте с приемной. Это дает возможность применить относительно низкочастотные, а, значит, и более дешевые, антенну и конвертор, например, в диапазоне 2,1-2,3ГГц. Такой передатчик был предложен ранее как передатчик, позволяющий преобразовать вещательную кабельную сеть в интерактивную за счет использования эфирных обратных каналов. Таким образом, суммарная стоимость абонентского комплекта не будет превышать (есть большая доля уверенности, что будет меньше!) стоимости абонентского комплекта для основного варианта.
Отметим то важное обстоятельство, что при данном построении системы переход от вещательного построения к интерактивному является совершенно безболезненным. Любая уже работающая вещательная система МИТРИС может быть преобразована в интерактивную по данной схеме.
Вместо заключения . Полемические заметки по следам некоторых публикаций.
В данной статье мы стремились показать, что укоренившееся на данный момент представление о системе МИТРИС как о сугубо вещательной является не совсем верным. Тем не менее, подобные мнения все еще встречаются. Так во втором номере журнала «Телемир» (Телемир, 2007,№2,стр.48) в статье "Технология на экспорт ” содержится много утверждений, касающихся беспроводных систем вещания, с которыми мы полностью согласны. Со всеми, кроме, пожалуй, двух. Первое из них состоит, на наш взгляд в недооценке возможностей цифрового варианта системы MMDS , особенно относительно возможностей ее развития в направлении информационного варианта - системы MMDS + DOCSIS . Второе из спорных утверждений состоит в том, что автор трактует систему МИТРИС как один из вариантов системы MVDS (О сетях MVDS см. Т.Н.Нарытник и др. «Микроволновые технологии в телекоммуникационных системах», стр.126 : Київ,”Техніка”, 2000 ) , практически ставя между ними знак равенства. Мы хотим подчеркнуть, и не только из патриотических соображений, что эта система задумывалась также как "...информационная", и только на первом этапе своего развития оставалась преимущественно вещательной. Поэтому, если уж сравнивать, то скорее с LMDS в более низком диапазоне частот. А, в общем, прямых аналогов у этой системы нет. МИТРИС пусть остается МИТИС!
СП «Институт Электроники и Связи» предлагает альтернативный проект на базе МИТРИС – систему UMDS (см. материалы на сайте: www . mitris . com). Система имеет то же назначение, что и предлагаемая нами. Сейчас еще трудно отследить все достоинства и недостатки этих конкурирующих проектов. Но первое, что бросается в глаза, это большая разбросанность используемых в системе UMDS частотных диапазонов, а именно:
5,650-5725МГц - для двухсторонней передачи данных подсистемой WiMAX ;
11,7-12,75ГГц - для цифрового вещания по стандарту DVB - S и передачи нисходящих данных;
14,4-15,35ГГц - для передачи восходящих данных с использованием специально разработанного протокола.
Подсистема WiMAX кажется механически присоединенной и никак не связанной с МИТРИС ни по радиочастотной, ни по модемной части. Вынесем ее за скобки обсуждения. Что же касается телерадиоинформационной системы на базе МИТРИС, которая является фундаментом UMDS , то хочется обратить внимание на три момента:
Использование вместо стандартного, производимого в массовом количестве оборудования стандарта DOCSIS , специального оборудования, требующего затрат на разработку и доведение до производства, ощутимо увеличит общие затраты на разработку системы. При этом до конца не ясно, будут ли получены какие-либо преимущества;
Использование в абонентском трансивере для обратного канала частот 14,4-15,35ГГц повлечет за собой увеличение цены производства абонентского трансивера;
Для реализации всего объема услуг пользователю придется применять большой набор оборудования с различными интерфейсами, в то время, как одним из основных требований к современным мультимедийным системам является наличие единственного универсального интерфейса.
Даже беглое сравнение этих проектов показывает, что интерактивная система на базе МИТРИС и DOCSIS обладает явными преимуществами по стоимости разработки и производства, по гибкости и многовариантности ее использования с ориентацией на потребности разработчиков и эксплуатационщиков при невыявленных пока преимуществах аналогичных систем в плане информационной емкости и т. д. Обсуждение данного круга проблем, конечно же, нельзя считать закрытым. Тем не менее, вышесказанное вселяет в нас уверенность в перспективности разрабатываемого проекта МИТРИС+ DOCSIS так же, как и в перспективности МИТРИС во всех традиционных вариантах ее использования.
Структура «точка - многоточка» с пространственным разделением каналов по секторам для отдельной ячейки:
Послесловие.
Начиная эту серию статей, посвященных состоянию и перспективам развития телерадиоинформационных систем, авторы стремились по возможности полно отразить содержание проблем, возникающих у разработчиков подобных систем, и подсказать им возможные пути их решения. Мы благодарим читателей, особенно тех из них, кто действительно заинтересовался изложенными здесь соображениями, за внимание. Хотелось бы надеяться, что данная серия попадет в поле зрения и тех людей, от которых реально зависит развитие инфраструктуры средств связи и цифрового телевещания в Украине, поскольку именно эта сфера оказывает самое заметное влияние на социальное развитие. Прошедшее пятнадцатилетие показало, что, несмотря на отдельные успехи, достигнутые в развитии мобильной связи, распространении Интернета и развитии сетей кабельного ТВ, многие проблемы, и, в частности, в сфере обновления телекоммуникационных сетей и освоения собственного сегмента спутниковой связи не были решены. Кроме того, была фактически потеряна профильная производственная база и инфраструктура производства программной продукции. И это в то время, когда именно развитие информатизации общественной жизни оказывает самое сильное воздействие на социум и воспринимается им как явное улучшение качества жизни. Остается только надеяться, что при переходе страны на цифровое вещание будут востребованы и достижения отечественных инженеров по созданию телерадиоинформационных систем.