МИКРОВОЛНОВАЯ ИНТЕГРИРОВАННАЯ ТЕЛЕРАДИОИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА МИТРИС-ИНТ

Полезная модель относится к технике связи, которая обеспечивает передачу и прием данных по каналам радиосвязи, а более конкретно, к микроволновой интегрированной телерадиоинформационной системе.
В современном мире постоянно растет интерес к такому каналу получения информации, как международная компьютерная сеть Интернет. Все существующие доныне системы Интернет-доступа, технологии которых дополняют друг друга, образуют разветвленную разноскоростную сеть. При этом старые узкополосные технологии на основе телефонных сетей общего пользования, уступают место новым системам на базе микроволновых интегрированных телерадиоинформационных систем (далее "МИТРИС").
Обычная МИТРИС позволяет легко подключать пользователей к Интернет в радиусе до 50~60 км. Другими преимуществами МИТРИС (Т.М.Наритник, В.П.Бабак, М.С.Iльченко, С.О.Кравчук. Мiкрохвильовi технологи в телекомунiкацiйних системах, Киiв, "Технiка", 2000 р., с.167) являются:
высокая скорость развертывания;
большой охват пользователей с минимальными затратами на коммуникации;
возможность приема абонентами информационных потоков со скоростями 68 Мбит/с в прямом и 2 Мбит/с в обратном каналах и выше;
простота интеграции на радиоканалах средствами беспроводной наземной и спутниковой связи:
большая информационная емкость;
возможность поэтапного наращивания количества абонентов.
К предложенной далее полезной модели по технической сущности наиболее близка микроволновая интегрированная телерадиоинформационная система МИТРИС-К для передачи и приема данных по каналам радиосвязи (патентная заявка Украины №2000116841 от 30 ноября 2000 г.). Эта система состоит из центральной и по меньшей мере одной абонентской станций, причем центральная станция содержит, по меньшей мере, один приемопередающий ствол, включающий в себя передатчик в виде повышающего преобразователя, вход которого через сумматор подключен к радиочастотному выходу модема, а выход через дуплексер подключен к входу антенны, и приемный тракт в виде понижающего преобразователя, вход которого через дуплексер подключен к антенне, а выход подключен к входу модема, а абонентская станция содержит зеркальную антенну, соединенную с блоком частотного разделения, который через дуплексер соединен с передатчиком и приемным трактом.
Такая конфигурация известной системы решает проблему предоставления каналов в соответствии как со стандартом PDH (плезиохронная цифровая иерархия), так и со стандартом SDH (синхронная цифровая иерархия). В описанной конфигурации предоставляются дуплексные каналы, которые обеспечивают поддержку ряда коммуникационных служб.
Основным недостатком известной системы МИТРИС-К является невозможность достаточно эффективного использования ее технических возможностей при ее использовании для доступа к распределенным базам данных, информационным и коммуникационным сетям и системам (например, к ресурсам Интернет и т.п.) и доведения их до массового пользователя. Такая неэффективность обусловлена, в первую очередь, малоэффективным использованием ресурса пропускной способности создаваемых каналов связи, особенно обратных каналов. Из-за несимметричности доступа к информационным службам обратный канал требует значительно меньшей пропускной способности, чем прямой канал. Эффективное использование может быть при условии полной загрузки как прямого, так и обратного каналов.
Таким образом, для эффективного использования пропускной способности создаваемых каналов необходима организация несимметричных каналов (например, в Интернете соотношение пропускных способностей нисходящего (от информационных служб к абоненту) канала и восходящего (от абонента к информационным службам) канала достигает 10...50), а также организация эффективного доступа к канальному ресурсу (таким доступом является, например, множественный доступ с временным разделением (TDMA) абонентских каналов.
Другим недостатком известной системы является высокая стоимость оборудования, которая зависит от пропускной способности, набора сервисов и т.д.
В основу полезной модели положена задача дополнением и реструктуризацией известной системы МИТРИС-К создать такую микроволновую интегрированную телерадиоинформационную систему, которая обеспечивала бы.
эффективный и дешевый доступ пользователей к информационным ресурсам без использования других способов связи, то есть создать возможность как абонентского запроса необходимой информации, так и поддержки соединения транспортного уровня при использовании Интернет-технологий, а также высококачественного доступа к Интернет-службам. Решение этой проблемы особенно важно в условиях слаборазвитой коммуникационной инфраструктуры (например, подключения к сети Интернет абонентов в сельских районах, где количество телефонных каналов мало, а их качество крайне низкое, при этом связь с сервером провайдера приходится поддерживать по каналам междугородней связи, что существенно увеличивает стоимость службы).
Поставленная задача решена тем, что в микроволновой интегрированной телерадиоинформационной системе, состоящей из центральной и по меньшей мере одной абонентской станций, причем центральная станция содержит, по меньшей мере, один приемопередающий ствол, включающий в себя передатчик (повышающий преобразователь), выход которого через дуплексер подключен к антенне, и приемный тракт (понижающий преобразователь), вход которого через дуплексер подключен к антенне, а выход подключен к блоку разделения, а абонентская станция содержит антенну, которая через дуплексер соединена с передатчиком (повышающий преобразователь) и приемным трактом (понижающий преобразователь), согласно изобретательскому замыслу в состав центральной станции дополнительно
входит головная приемная станция обратного канала, включающая в себя понижающий преобразователь обратного канала, выход которого подключен к входу блока разделения, демодуляторы обратного канала, подключенные к выходам блока разделения, и компьютер, к которому подключены демодуляторы обратного канала, а в состав абонентской станции дополнительно входит демодулятор прямого канала, вход которого соединен с выходом понижающего преобразователя прямого канала абонентской станции, по меньшей мере одна передающая терминальная станция, содержащая модулятор обратного канала и повышающий преобразователь обратного канала, вход которого соединен с модулятором обратного канала, и компьютер, к которому подключены модулятор обратного канала и демодулятор прямого канала.
К отличительным от известной системы МИТРИС-К признакам предложенной системы МИТРИС-ИНТ относятся дополнительное введение в центральную станцию головной приемной станции, которая включает в себя понижающий преобразователь, выход которого подключен к входу блока разделения, выходы которого соединены с демодуляторами обратного канала, и компьютера, к которому подключены демодуляторы обратного канала, а также дополнительное введение в состав абонентской станции демодулятора прямого канала, вход которого соединен с выходом понижающего преобразователя, по меньшей мере одной передающей терминальной станции, содержащей модулятор обратного канала и повышающий преобразователь, вход которого соединен с модулятором обратного канала, и компьютера, к которому подключены модулятор обратного канала и демодулятор прямого канала.
Модулятор обратного канала передающей терминальной станции содержит части, которые выполняют функции буфера, цифрового интерфейса, скремблера и кодера информационного потока, модулятора несущей.
Демодулятор обратного канала головной приемной станции выполняет функции приема сигнала от передающей терминальной станции, а именно: блока формирования Найк-вист-канала, демодулятора несущей, декодера и скремблера информационного потока, интерфейса к компьютеру, блока формирования необходимых буферов для кратковременного хранения принятой информации.
Компьютер центральной станции осуществляет маршрутизацию в порт, который соединен через канал связи с источником (поставщиком) информации (услуг). Терминальные станции работают в асинхронном режиме, т.е. могут поддерживать режим SCPC (один канал на одну несущую) с разделением ресурса FDMA (множественный доступ с частотным разделением). Кроме того, заложенные в них технические решения позволяют реализовать режим TDMA (множественный доступ с временным разделением). Это, в свою очередь, позволяет уменьшить стоимость услуг за счет повышения спектральной эффективности системы. В этом случае для управления терминальными станциями используется незначительная часть ресурса нисходящего (прямого) информационного канала. Введение корректирующего сообщения в общий нисходящий канал осуществляется на сервере доступа узла информационной
сети, который в общем случае не входит в состав системы МИТРИС-ИНТ и на котором оно маршрутизируется в конечную сеть пользователям информационных и коммуникационных служб.
Количество терминальных станций в сети и информационная скорость, которая придается одной терминальной станции, определяются форматом сигнала (в случае режима TDMA) или используемой полосой частот (в случае режима FDMA).
Информационный поток излучается в зону обслуживания в стандарте DVB-S (спутниковый формат цифрового телевидения) и принимается абонентскими станциями, оснащенными приемными трактами DVB потока, со скоростью порядка 100 Мбит/с с выделением адресованной пользователю информации со скоростью 6-8 Мбит/с, если в качестве приемника сигнала DVB используется DVB-карта.
При этом стоимость передающего и приемного оборудования абонентской станции системы МИТРИС-ИНТ существенно ниже, чем у известной системы МИТРИС-К.
Стоимость передающего и приемного оборудования центральной станции составляет близкую величину и зависит от числа приемных плат, т.е. от числа абонентов.
Таким образом, новое схемное решение на основе известной системы МИТРИС-К позволяет расширить ее функции как приемо-передающей системы, которая предоставляет дешевые информационные услуги, в первую очередь, за счет удешевления абонентского оборудования, т.е. создать на базе системы МИТРИС-К службы предоставления пользователям доступа к информационным и коммуникационным службам Интернет.
Ниже полезная модель подробно описана на примере предпочтительного варианта ее осуществления со ссыпками на прилагаемые чертежи, где изображены на:
фиг.1 - структурная схема микроволновой интегрированной телерадиоинформационной системы МИТРИС-ИНТ;
фиг.2 - схема сети, состоящей из центральной станции и терминальной станции;
фиг.3 - схема информационных потоков в системе.
Микроволновая интегрированная телерадиоинформационная система МИТРИС-ИНТ (см. фиг.1) состоит из центральной станции (далее ЦС) 1, содержащей передатчик в виде повышающего преобразователя 2, выход которого через дуплексер 3 подключен к антенне 4, головную приемную станцию 5 обратного канала, включающую приемный тракт, выполненный в виде понижающего преобразователя 6 обратного канала, вход которого через дуплексер 3 подключен к антенне 4, а выход подключен к входу блока 7 разделения, выходы которого соединены с демодуляторами 8 обратного канала, и компьютер 9 ЦС 1, к которому подключены демодуляторы 8 обратного канала, и множества абонентских станций 10, каждая из которых содержит демодулятор 11 прямого канала, вход которого соединен с выходом понижающего преобразователя 12 прямого канала, вход которого через дуплексер 13 соединен с антенной 14, множество передающих терминальных станций (далее ТС) 15, каждая из которых содержит повышающий преобразователь 16 обратного канала, выход которого через
дуплексер 13 соединен с антенной 14, а вход соединен с модулятором 17 обратного канала, и компьютер 18 абонентской станции 10, соединенный с выходом демодулятора 11 прямого канала и входом модулятора 17 обратного канала.
Описанная система работает следующим образом.
Поток данных через интерфейс шины PCI компьютера 18 абонента поступает на вход модулятора 17 обратного канала передающей ТС 15 и далее на вход повышающего преобразователя 16 обратного канала. После скремблирования, помехоустойчивого кодирования потока, модуляции и обработки (фильтрация, усиление, преобразование частоты и мощности несущей) сигнал с выхода повышающего преобразователя 16 обратного канала через дуплексер 13 и антенну 14 по радиоканалу поступает через антенну 4 и дуплексер 3 на понижающий преобразователь 6 обратного канала головной приемной станции 5 обратного канала ЦС 1. Блок 7 разделения преобразует частоту сигнала в частоту демодуляции, выделяет радиочастотные каналы и направляет в отдельные порты, к которым подключены демодуляторы 8 обратного канала. В демодуляторах 8 обратного канала восстанавливается цифровой поток, вычисляется своевременность прихода сигнала от передающей ТС 15, вырабатывается корректирующее сообщение, после чего запросный поток вместе с корректирующим сообщением маршрутизируется на сервер оператора услуг (провайдера). В сервере корректирующее сообщение вводится в общий поток данных сетевого уровня (IP-пакеты). Скорость корректирующего сообщения в среднем достигает величин, соответствующих нескольким килобит в секунду, тогда как скорость в нисходящем (прямом) канале может составлять десятки мегабит в секунду.
Таким образом, использование 0,1...0,01% ресурса нисходящего (прямого) информационного канала для коррекции потока практически не влияет на качество информации и не делает более дорогой стоимость услуги как за счет стоимости 15 служебного канала, так и за счет дополнительного оборудования, поскольку прием осуществляется средствами, которые используются в существующем нисходящем (прямом) канале. Разделение пакетов различного назначения осуществляется в компьютере 18 абонентской станции 10 путем соответствующей адресации с использованием стандартных средств.
Информационный поток в виде радиосигнала направляется на передатчик (повышающий преобразователь) 2 ЦС 1 и затем излучается в зону обслуживания системы передатчиком 2 ЦС 1 прямого канала, выход которого через дуплексер 3 подключен к антенне 4, а вход подключен к каналу связи, который соединяет его с портом информационного сервера и по которому информационный поток от сервера провайдера поступает на ЦС 1. Антенна 4 излучает в зону обслуживания IP-пакеты в формате DVB-S, которые принимаются абонентскими станциями 10, оснащенными приемными картами DVB-потока со скоростью до 8 Мбит/с. Пакеты, принимаемые антенной 14 каждой из абонентских станций 10, через дуплексер 13 поступают на 30 понижающий преобразователь 12 прямого канала и далее на демодулятор 11 прямого канала. В демодуляторе 11 прямого канала восстанавливается цифровой поток
прямого канала и подается на компьютер 18 абонентской "станции 10, где он разделяется на корректирующий и информационный потоки.. Информационный поток используется для отображения полученной информации на экране компьютера 18, а корректирующий поток используется для корректирования времени начала цикла (временного интервала).
На фиг.2 показана схема организации сети. Передающие ТС 15 групп А, В,..., N имеют доступ к части ресурса, выделенной для данной группы ТС. Число групп соответствует числу демодуляторов 8 обратного канала головной приемной станции 5 ЦС 1. Выделенный частотный ресурс обратного канала распределяется между передающими ТС 15 одной группы по технологии TDMA.
На фиг.3 показаны информационные потоки в предложенной системе. Здесь стрелками показаны следующие информационные потоки:
поток канала от сервера информационных услуг (этот канал может быть организован в том числе и средствами системы МИТРИС-ИНТ, если сервер находится в зоне обслуживания ЦС 1 системы МИТРИС-ИНТ);
поток обратного канала от передающих ТС 15 к ЦС 1;
корректирующий поток в пределах прямого канала к передающим ТС 15;
поток прямого, канала, который предоставляется абонентам в зоне обслуживания ЦС 1. Этот канал предоставляется в формате DVB. Концентричными кругами обозначена зона обслуживания ЦС 1 системы МИТРИС-ИНТ.
Использование стандарта OVB-S в прямом канале с инкапсуляцией пакетов сетевого уровня позволяет максимально эффективно использовать пропускную способность канала без дополнительных переналадок каналообразующего оборудования и заполнения потока неинформационными символами.
Опытный образец системы МИТРИС-ИНТ имеет следующие параметры:
метод доступа к распределяемому ресурсу - TDMA;
информационная скорость на одну передающую терминальную станцию - 20 кбит/с;
число передающих терминальных станций в канале 2 Мбит/с - 64 (при указанной информационной скорости на одну передающую терминальную станцию);
информационная скорость в канале - 1300 Кбит/с (вся информационная скорость может быть предоставлена либо 64 передающим терминальным станциям по 20 Кбит/с каждой, либо меньшему числу передающих терминальных станций при соответствующем увеличении информационной скорости на разные передающие терминальные станции);
-6
помехоустойчивость канала - BER (частота ошибок по битам) =10 при соотношении сигнал/шум =7 дБ.
Таким образом, предложенная система МИТРИС-ИНТ позволяет максимально эффективно использовать ресурс пропускной способности создаваемых каналов связи, особенно обратных каналов, а также существенно снизить стоимость оборудования, в первую очередь, абонентского оборудования. Это обусловлено, главным образом, тем, что прямой и обратный
каналы могут функционировать по разным протоколам, задержка в каналах не влияет на синхронизацию циклов, отсутствует отдельный канал синхронизации, а также используется поток сетевого уровня.
Специалисту ясно, что полезная модель может быть реализована иначе, чем описано выше, и что приведенный пример не ограничивает объем прав согласно п.1 прилагаемой формулы. Например:
для приема-передачи данных можно применять не только общую приемо-передающую антенну (которая, кстати, может иметь круговую диаграмму направленности), но и раздельные (приемную и передающую), антенны;
в качестве сервера доступа может быть использован компьютер, а
для повышения эффективности использования абонентского компьютера может быть использован сервер-шлюз и т.д.
Системы МИТРИС-ИНТ на основе полезной модели могут служить средствами:
сбора информации от датчиков различного типа, например, при мониторинге окружающей среды, видеонаблюдении в системах охранной сигнализации и т.п. и
управления удаленными объектами.