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.

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.

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

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.

1. Структурная схема абонентской установки MMDS.

MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System ) – микроволновая, многоточечная система распределения сигнала, предназначенная для доставки потребителям определенного спектра услуг. Схема MMDS включает в себя многоканальный передающий комплекс и индивидуальные (коллективные) абонентские установки. В абонентскую установку входят:

Приемная антенна

Понижающий конвертор

Источник питания понижающего конвертора

Локальная кабельная соединительная линия

Абонентский конвертор (Set Top)

2. Что такое затухание кабеля. Величина затухания для кабелей RG-59 и RG-6.

Затухание кабеля – это понижение уровня сигнала на единицу длины кабеля. Измеряется в децибелах. Затухание сигнала в кабеле на различных частотах разное. Большая величина затухания снижает уровень полезного сигнала. На практике это выражается снижением качества изображения. Чем выше частота сигнала, тем больше его затухание. Чем больше погонная длина кабеля, тем сильнее затухание сигнала. Разница между величинами затухания на одном участке кабеля при различных частотах называется уклоном .

3. Конструкция антенн MMDS, состав, назначение, способ крепления.

Антенна – это система, предназначенная для приема или излучения электромагнитных волн. Приемная антенна преобразует энергию радиоволны в энергию электрического тока.

Антенна MMDS предназначена для приема и преобразования сигнала.

Антенна MMDS состоит из:

Сетки (рефлектор 18Т или 25Т)

Интегрального конвертора (Т4010)

Контр рефлектора (субрефлектора)

- «Г» - образного кронштейна с отверстиями для крепления сетки и конвертора и пазом для юстировки

- «U» – образного болта с фиксирующей скобой для крепления к мачте

Крепежного материала (болты, гайки, шайбы)

Антенна устанавливается на мачте либо на стеновом креплении в зависимости от условий приема и особенностей конструкции здания. Стеновое крепление – это специальные кронштейны для установки антенны на плоскую вертикальную и горизонтальную поверхность. Конструкция крепления позволяет проводить регулировку по наклону, высоте для точной юстировки. В конструкции применены гроверные шайбы, для того чтобы предотвратить ослабление соединения при возникновении ветра.

Есть некоторые отличия в способе крепления антенн Т4010 от Т2127. Для антенны Т2127 предусмотрены дополнительные кронштейны для крепления конвертора (down converter) на мачте.

4. Типы антенн MMDS, их отличия.

Для приема сигналов MMDS применяются антенны двух типов.

Антенна старого типа конструктивно отличается тем, что понижающий конвертор (down converter) и усилитель выполнены в разных блоках. Имеют отличие в обозначении и способе крепления. Облучатель – Т2127, конвертор - QL1047. Сигнал сначала преобразовывается (конвертируется), затем по кабелю поступает в блок усилителя. Преобразованный и усиленный сигнал по кабельной линии передается потребителю.

Антенна нового типа состоит из интегрального конвертора, в который вмонтирован усилитель. Конструктивно выполнены в одном компактном корпусе. Обозначается – Т4010. Преобразование и усиление сигнала происходит в одном блоке и сразу поступает к потребителю по кабельной линии.

5. Как правильно выбрать точку приема сигналов MMDS.

Для правильного выбора точки приема необходимо произвести замеры у с помощью прибора (измеритель уровня телевизионного сигнала) и найти такое место, где уровень полезного сигнала будет максимальным, а соотношение сигнал/шум – наилучшим. Для коллективных систем приема выбирается точка приема, где спектр сигнала (частотная характеристика) будет наиболее равномерным (линейным), соотношение сигнал/шум – наилучшим. Повышение уровня полезного сигнала достигается тщательной юстировкой антенны в направлении передающего центра.

6. Что такое горизонтальная поляризация приемной антенны.

Радиоволна

V или горизонтальную Н

Горизонтальная поляризация антенны – это такое положение антенны в пространстве, для наилучшего приема горизонтальной составляющей электро магнитного излучения (теле радио сигнал).

7. Что такое вертикальная поляризация приемной антенны.

Радиоволна – это комбинация электрического и магнитных полей, связанных между собой. Радиоволны могут распространяться в свободном пространстве, кабелях, волноводах и т. д. Радиоволны характеризуются длиной, амплитудой, поляризацией.

Радиоволны бывают плоско – поляризованными и с круговой поляризацией. Тип волны определяют по положению вектора электрического поля. По положению к горизонту различают вертикальную V или горизонтальную Н поляризацию. Для увеличения количества передаваемой информации электромагнитные волны поляризуют в различных плоскостях.

Вертикальная поляризация антенны – это такое положение антенны в пространстве, для наилучшего приема вертикальной составляющей электро магнитного излучения (теле радио сигнал).

8. В каком диапазоне работают антенны MMDS.

Антенна MMDS предназначена для приема сигнала в диапазоне 2,1ГГц…2,7ГГц (международный стандарт), усиления и конвертации (преобразования) его в спец. диапазон (HB – hotel band) 295МГц…487МГц. У нас используется диапазон 2,2ГГц…2,5ГГц.

9. Чем отличаются антенны 18Т и 25Т.

Рефлектор (сетка) антенны имеет сферическую поверхность ячеистой структуры, выполненную из металла. Антенны 18Т и 25Т отличаются конструктивно. Сетка 18Т имеет меньшую площадь приема примерно в два раза, чем сетка 25Т. Поэтому уровень принимаемого сигнала примерно на 8 dB/mV меньше в одной и той же точке приема. Сетка 25Т состоит из двух одинаковых секторов (для удобства транспортировки), соединенных между собой крепежом.

10. Что такое конвертор. Назначение понижающего конвертора.

Конвертор – преобразователь одного вида сигнала в другой. Конвертор, используемый в системе MMDS, преобразовывает (понижает частоту сигнала) диапазон 2,2ГГц…2,7ГГц в спец. диапазон (гипер диапазон НВ) 295МГц…487МГц. В интегральном конверторе имеется встроенный усилитель, для усиления сигнала.

11. Типы конверторов, применяемых для приема MMDS.

В MMDS применяются 2 типа конверторов:

Т 4010 (интегральный), в котором усилитель и понижающий конвертор выполнены в одном корпусе

QL1047 с облучателем Т2127, конвертор и усилитель выполнены в разных корпусах.

12. Номинальный уровень на выходе конвертора, пределы изменения.

Номинальный (для нормальной и стабильной работы) уровень сигнала на выходе должен равняться 75 dB/mV. Пределы изменения от 50dB/m до 95dB/m. При уровне 40 dB/m Set Top закрывается. Величина управляющего сигнала должна быть не менее 65dB/m.

13. Типы кабелей, применяемых при монтаже индивидуальных и коллективных установок.

Радиочастотный кабель – гибкий коаксиальный кабель, состоит из медного или стального обмедненного проводника (центральная жила) 1, диэлектрической изоляции (в некоторых кабелях пропитанной водоотталкивающим составом) 2, экрана (фольга, плетеная металлическая сетка) 3, защитной оболочки 4, выполненной из материала, препятствующего вредным воздействиям солнца и окружающей среды.

Для строительства коллективных установок применяются кабеля нескольких типов: RG-11 (субмагистраль, межподъездные перетяжки), RG-6 (кабель снижения стояков, подача сигнала к потребителю), RG-59 (подача сигнала к потребителю). В коллективных магистралях и субмагистралях применяют кабель 565 и RG-11.

14. Что такое частотная характеристика кабеля, как изменяются уровни передаваемых сигналов в зависимости от расстояния.

Частотная характеристика – зависимость, показывающая изменение параметров кабеля (амплитуду, затухание сигнала) в зависимости от частоты. Выражается графически.

U U – уровень (амплитуда) сигнала (dB/mV)

ΔU – изменение уровня (dB)

f – частота сигнала (МГц)

С увеличением погонной длины кабеля, уровень сигнала снижается.

15. Что такое коннекторы, их типы и назначения.

Коннектор (от англ connect - соединять) – соединитель, разъем. Предназначен для коммутации (соединения) различных компонентов в системе кабельного телевидения (сплиттеров, ответвителей, усилителей, кабелей). Различаются по типу и функциональному назначению. Для каждой марки кабеля существуют соответствующие коннекторы.

F -11 для кабеля RG-11 (соединение кабеля RG-11 со сплиттерами, ответвителями и т. д.)

F -6 для кабеля RG-6 (соединение кабеля RG-6 со сплиттерами, ответвителями и т. д.)

F -59 для кабеля RG-59 (соединение кабеля RG-59 со сплиттерами, ответвителями и т. д.)

F -6 BEL - M для подсоединения кабеля RG-6 к потребителю (ТВ, видеомагнитофон)

F -59 BEL - M для подсоединения кабеля RG-59 к потребителю(ТВ, видеомагнитофон)

F -6 BEL - F для коммутации разъемов типа F-6 BEL-M

F -59 BEL - F для коммутации разъемов типа F-59 BEL-M

F -81 для соединения двух кабелей с коннекторами на концах (типа F-59, F-6, F-11)

Существуют варианты исполнения коннекторов с резиновыми кольцами для герметизации соединения. Используются при монтаже на открытом воздухе, для предотвращения попадания влаги в место соединения.

16. Как организовано питание конвертора.

Питание конвертора осуществляется с помощью блока питания (БП), преобразующего 220В переменного тока в 20…24В постоянного тока через «впрыск» питания (power insert), который обеспечивает подачу напряжения к конвертору и предотвращает подачу напряжения к потребителю (Set Top).

17. Возможно ли подключение двух и более абонентов на одну антенну, как организовать питание.

« Set Top» (декодер) – мультифункциональное устройство, которое производит конвертацию всех частот рабочего диапазона на частоту 85,25 МГц (4-й метровый канал), позволяет декодировать закодированные каналы, управлять громкостью звука, программировать «любимые» каналы, осуществлять «родительский» контроль, реализовывает функцию «купил – смотри», программируется на различные пакеты без вмешательства потребителя.

Типы «Set Top»:

5входа) позволяет смешивать входной сигнал с двух источников, имеет НЧ выход (разъемы RCA, video out, audi o out) для удобства коммутации оборудования потребителя (видеомагнитофон, AV ресивер, музыкальный центр и т. д.);

5вход) упрощенный вариант для работы с одним источником входного сигнала, не имеет НЧ выхода;

5входа) позволяет смешивать входной сигнал с двух источников, имеет НЧ выход (разъемы RCA, video out, audio out) для удобства коммутации оборудования потребителя (видеомагнитофон, AV ресивер, музыкальный центр и т. д.), имеет встроенные часы, таймер, отличается дизайном от предыдущих моделей.

Все модели «Set Top» реализовывают функции «родительского» контроля (установка пароля на просмотр выборочных каналов), программирование и листание «любимых» каналов, функция «купил – смотри».

19. Основные признаки неисправности SET TOP, отражаемые на экране дисплея.

20. Рассказать о назначении пульта RC -700.

Для измерения уровня телевизионного сигнала используются приборы:

ИТ 06 (цифровое отображение уровня каждого канала в отдельности)

ИТ 07 (графическое и цифровое отображение уровня сигнала во всем спектре частот)

PROMAX 8 (графическое и цифровое отображение уровня сигнала во всем спектре частот, звуковое сопровождение)

Window Lite (графическое и цифровое отображение уровня сигнала во всем спектре частот, звуковое сопровождение)

МОМ (аналого-цифровая индикация, очень удобен в системе MMDS).

28. Что такое аттенюатор, его назначение.

Аттенюатор (от англ. attenuate – ослаблять) – устройство, предназначенное для уменьшения или изменения амплитуды электрических сигналов или мощности электромагнитных колебаний. Аттенюатор применяется для корректировки уровня сигала (преимущественно при настройке усилителей). Выполняется из материалов с большими потерями, либо в виде сопротивления. Обозначается на корпусе устройства «FAM» с цифровым указанием уровня, на который произойдет понижение сигнала (dB). Применяются FAM-3, FAM-6, FAM-8, FAM-10, FAM-12, FAM-16, FAM-20. Если прибор или усилитель имеют встроенный аттенюатор, то он может иметь плавную регулировку. Диапазон регулирования указывается на корпусе прибора либо в паспорте.

29. Что такое эквалайзер, его назначение.

Эквалайзер (от англ. equalize – уравнивать) – частотно зависимое устройство (полосовой фильтр), позволяющее выделять и регулировать определенный участок спектра сигнала. Предназначен для корректировки уровня сигнала (преимущественно при настройке усилителей). Эквалайзеры бывают выполнены в виде отдельного устройства, либо встроенные (в усилитель), плавно регулируемые. Диапазон регулировок отмечен на корпусе или в паспорте. Конкретно в нашем случае регулируется уклон АЧХ на величину, указанную на корпусе устройства. Эквалайзер обозначается «ILSEM» с цифровым указанием уровня наклона АЧХ (dB).

30. Влияние повреждений кабеля (срезы, передавливания и т. д.).

Повреждение (передавливание) кабеля приводит к изменению волнового сопротивления и как следствие ведет к потере качества (линия не полностью согласована). Нарушение (срезы) экрана приводит к наводке на кабель эфирных каналов и как следствие ухудшение изображения, двоение картинки, пропадание звука, искажение цвета.

31. Влияние соотношения сигнал/шум на качество изображения. Номинальное соотношение сигнал/шум для качественного приема.

Количественные показатели:

45 dB/mV отлично

43 dB/mV хорошо

40 dB/mV удовлетворительно

37 dB/mV плохо (декодер не открывается, работает неустойчиво)

Шумовые помехи сильно влияют на качество изображения и звука. Пропадание цвета, появление «ряби», искаженный звук.

32. На что влияет уровень сигнала, подаваемого на вход усилителя. Что происходит при превышении номинального уровня сигнала и при его понижении более установленных норм.

Уровень сигнала, подаваемого на вход усилителя, влияет на качество изображения всей коллективной сети (всех потребителей). При значительном повышении номинального уровня на входе усилителя происходит искажение телевизионного изображения в виде мелких горизонтальных полос, декодер не раскодирует каналы. При значительном понижении номинального уровня сигнала на входе усилителя происходит искажение телевизионного сигнала в виде «ряби», неустойчивого изображения, пропадания цветности, искажения звука.

Если несколько лет назад Интернет рассматривался как одно из средств общения или даже как развлечение, то сейчас – это один из самых мощных механизмов связи, работы и получения информации. Не удивительно, что рост Всемирной паутины просто катастрофически велик. Поэтому весьма актуальным становится вопрос о создании скоростных и надежных каналов связи. Наиболее естественным и распространенным до сегодняшнего дня является проводное соединение: витая пара, оптоволокно или телефонная линия. Использование радиосредств было достаточно редким явлением и в основном применялось для спутниковой связи при передаче сигнала за океан. В то же время создать эффективные каналы доступа к сети на основе проводного соединения довольно трудно. Прокладка кабеля – дело дорогое и трудоемкое, даже если не использовать оптоволокно. Позволить себе прокладку таких магистральных линий могут лишь крупные компании и сетевые операторы. Использование же телефонных сетей общего пользования дает малую пропускную способность. В такой ситуации весьма реальной становится использования радиосигнала для передачи информации. Особенно это актуально на «последней миле», когда нужно довести сигнал до конкретного абонента. Именно об этом и пойдет речь в данной статье.

Вначале коротко рассмотрим физическую сторону дела. Речь идет о возможности передачи и приема радиосигнала в довольно широком диапазоне частот. Давайте для начала вспомним, что радиоволны, видимый свет, радиоактивное излучение и те волны, о которых мы сейчас говорим, - все это есть электромагнитное излучение, только частоты его лежат в разных диапазонах. Тот диапазон, о котором говорим мы, изменяется от мегагерц до нескольких десятков гигагерц. Так что же происходит с точки зрения физики? Передатчик испускает некоторый специальный набор радиоволн, а приемник на некотором расстоянии от передатчика его принимает. Если бы даже все происходило в вакууме и без препятствий, то имело бы место затухание волны, причем обратно пропорциональное квадрату расстояния. Однако поскольку радиоволны распространяются в воздушной среде имеет место затухание, связанное с сопротивлением воздуха. Более того, как известно на примере видимого света, который преломляется в призме или в каплях воды, возможно преломление излучения. Плюс к тому в городах и населенных пунктах имеет место отражение от предметов, например домов. Последние два явления изменяют направление излучения, но что приятно - ни один из вышеперечисленных эффектов не изменяет частоты. То есть в какой-то степени частота – это та величина, которая и должна использоваться для кодирования информации в радиоволне. Однако есть еще два явления, которые осложняют этот процесс. Это дифракция и интерференция радиоволн. Первое – это просто огибание волной препятствий. Второе – это наложение радиоволн. Последнее наиболее неприятно. Ясно, что может сложиться ситуация, когда волны при наложении даже могут полностью гасить друг друга. Отсюда видно, что основная техническая проблема передачи радиосигнала – это возможность формирования такой волны, которая, даже претерпевая все описанные изменения, доходила бы до приемника, сохраняя изначальную информацию. И проблема не только в том, чтобы информация дошла. Дело в том, что на приемник попадает несколько волн. Они все несут одну и ту же информацию, но пойдут разными путями.

Для того чтобы решить эти технические проблемы, разрабатываются специальные способы модуляции сигнала, то есть кодирования в нем информации. Если при передаче по кабелю применяют модуляцию напряжения, то есть изменение амплитуды сигнала, то при радиосвязи чаще используют модуляцию частоты или фазы. Также нередко используют смешанную модуляцию. Все это делается для того, чтобы при попадании в приемник обеспечить надежный способ, помогающий отличить основной сигнал от повторных, отраженных, и тому подобных. Также при оригинальной модуляции сигнала вы избавляетесь от помех, которые могут быть, если поблизости есть передатчик с очень близкими или кратными частотами (отличающимися от используемой в целое число раз). Наиболее совершенные способы модуляции сигнала используют также эффекты поляризации излучения, то есть возможности задать плоскость, в которой происходят колебания электромагнитного поля. В идеальном случае даже при наличии определенных помех при распространении сигнала и при условии того, что передатчик и приемник не находятся в зоне прямой видимости друг друга, возможен обмен сигналами. Одной из таких технологий модуляции, позволяющих устанавливать приемник и передатчик не в прямой взаимной видимости, является модуляция Vector Orthogonal Frequency Division Multiplexing (VOFDM), применяемая в радиоустройствах фирмы Cisco. Она позволяет передавать сигнал в условиях непрямой видимости на расстояние в несколько километров. Скажем сразу несколько слов о расстояниях. В условиях прямой видимости и без помех стандартные радиоустройства передают сигнал на несколько десятков километров. Однако, когда речь идет о населенных пунктах, необходимо проводить тестирование непосредственно по месту для определения возможных проблем. Также на передачу сигнала могут влиять другие передатчики, находящиеся в непосредственной близости от устройства. Атмосферные явления, такие как осадки, грозы, просто повышенная влажность, тоже негативно влияют на передачу сигнала. Поэтому давать сколь-нибудь точные данные о возможностях радиоустройств просто некорректно. Здесь стоит сделать одно важное замечание. С повышением частоты сигнала воздействие внешних факторов увеличивается, приводя к проблемам с передачей такого сигнала. Как одно из следствий - уменьшается расстояние, на котором возможно уверенное принятие сигнала. С другой стороны, при повышении частоты возникает больший простор для кодирования, так как увеличивается полоса частот, доступная для передачи данных. Это позволяет увеличить пропускную способность канала, передавая одновременно сигналы на нескольких частотах.

Модуляция сигнала

Выше было дано словесное описание процесса распространения сигнала и преодоления трудностей, связанных с помехами и препятствиями. Попробуем теперь дать более техническое описание процесса. Реальное распространение сигнала может быть проиллюстрировано следующим рисунком .

Отсюда наглядно видно, что к абоненту доходит несколько сигналов, причем в данном случае - ни одного прямого, что вполне реально. Нужно еще понимать, что при отражении от предметов часть энергии поглощается, что ослабляет сигнал. Кроме того, длина пути сигнала может быть различной, поэтому по разным путям сигналы приходят в разное время. В результате антенна абонента может получить сигналы, подобные изображенному на следующем рисунке .

В случае прямой видимости решение проблемы распознавания правильного сигнала очевидно, так как прямой сигнал всегда сильнее отраженного, то есть его амплитуда больше. По-настоящему проблема возникает, когда прямой видимости нет.

Многие современные продукты, касающиеся радиопередачи сигнала, работают с технологией Quadature Amplitude Modulation (QAM). Самый простой вариант основан на системе phase shift keying (PSK). Существует две разновидности этой системы: бинарная и квадратичная (BPSK и QPSK). В первом случае за счет использования сдвига фазы на величину f передается один бит за цикл, во втором случае – два, с использованием сдвига фаз на 1/2f, f и 3/2f. Если сочетать сдвиг фаз и модуляцию амплитуды, то получится так называемая технология16-QAM, способная передавать 4 бита за цикл. Это расширение можно производить и дальше, однако при этом возрастает влияние помех.

Для того чтобы сделать передачу радиосигнала более надежной, используются следующие технологии: QAM совместно с Decision Feedback Equalization (DFE), Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS), Frequency Division Multiplexing (FDM) и Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)

Технология DFE предназначена для того, чтобы устранять помехи, которые вызваны интерференцией соседних символов. Это связано с возможной большой задержкой (до 4 мкс), когда сигнал предыдущего символа накладывается на принимаемый в данный момент.

Технология базируется на методе QPSK. Но помимо этого передаваемый сигнал помещается в более широкую полосу, причем ширина последней определяется исходя из значения SNR для данной линии (SN – это отношение уровня сигнала к уровню шума). Более точно ширину можно представить формулой 10^(SNR/10)*(изначальную ширину). Видно, что этот метод просто экспоненциально неустойчив к помехам.

В технологии FDM сигнал в полосе передачи делится на несколько более узких полос , что позволяет использовать каждую из несущих для передачи данных. Чтобы защитить передаваемый сигнал, по всей полосе пропускания дается защитный тон (guard tone), снижающий пропускную способность канала, но необходимый для защиты от помех.

В технологии OFDM сигнал также делится на несколько несущих, которые рассматриваются как независимые. Следовательно, нет необходимости использовать защитный тон, что повышает пропускную способность канала. Чтобы избежать проблем интерференции, вызванных задержками сигналов, данные передаются порционно (волновыми пакетами), причем каждую такую порцию начинает и заканчивает специальный сигнал.

Модификация VOFDM (vector OFDM) использует тот факт, что в зависимости от положения антенн возможны различные разбиения полосы передачи на независимые несущие. То есть возможно, что одна антенна уверенно принимает один набор частот, а другая - иной. Это позволяет использовать несколько антенн по соседству для передачи сигнала на близких частотах.

Так вкратце выглядят технологии модуляции сигнала, применяемые на текущий момент. Отметим, что технология VOFDM является одной из наиболее современных и эффективных, особенно в условиях непрямой видимости.

Теперь немного поговорим о частотах, на которых идет передача данных. Интуитивно понятно, что теоретически частота может изменяться от нуля до бесконечности. Предел для радиоволн – это несколько сотен гигагерц. Однако, как мы хорошо знаем, частоты в несколько сотен мегагерц уже используются обычными радиостанциями, частоты 900 и 1800 МГц заняты сотовой связью. В дополнение к этому есть телевизионные частоты, частоты специальной связи (например, правительственной), частоты, на которых передаются сигналы со спутников, частоты, занятые военными, и др. Ясно, что использовать заданную наперед частоту нельзя, и, более того, в нашей стране использование передатчика любой мощности и на любой частоте необходимо лицензировать (исключение составляют диапазоны для любительских радиостанций в районе 27 МГц и диапазон 1890-1900 МГц для радиотелефонов, работающих по стандарту DECT). Что касается самих частот, то существует некоторая таблица, находящаяся в ведении ГКРЧ (Государственный комитет по радиочастотам), которая содержит информацию об используемых частотах: «Таблица распределения полос частот между радиослужбами Российской Федерации в диапазоне частот от 3 кГц до 440 ГГц». В ней пока еще есть пустые полосы и участки, зарезервированные для будущего использования. Правда, в ней отсутствуют конкретно выделенные участки для радиоканалов Интернета, но это, наверное, говорит лишь о том, что сразу всего учесть нельзя. Для использования некоторой частоты вам необходимо получить разрешение ГКРЧ. Затем нужно получить разрешение Главгоссвязьнадзора на установку оборудования, что связано с получением разрешения со стороны служб гражданского и военного радиовещания. После этого установка оборудования возможна. Правда, в последнее время действует решение ГКРЧ об использовании передатчиков в диапазоне 2400-2483,5 МГц на вторичной основе без разрешения ГКРЧ для каждого пользователя. Вторичная основа подразумевает возможность помех, связанных с работой других передатчиков в этом диапазоне. То есть понятно, что получить у нас разрешение на использование радиоустройства – дело непростое. Правда, есть преимущество, которое необходимо учитывать. Получая разрешение на использование канала, вы гарантированы от помех при работе.

В данной статье мы не планировали подробно обсуждать проблему выделения частот в нашей стране, поэтому ограничимся лишь вышеприведенным замечанием и заметим еще, что это не только трудно, но и долго и дорого. Самый важный вопрос, который встает перед покупателем радиооборудования, – возможность получения права на использование той частоты, на которой это устройство может работать. И это проблема не только продавцов, но и покупателей. Может сложиться ситуация, когда разрешение на продажу будет получено, но разрешение на установку, например в данной конкретной местности, - нет. Посмотрим, какие конкретно диапазоны могут нас интересовать. Я имею в виду не то, что могут разрешить, а то, что используется в других странах, поскольку вполне возможно, что вы захотите приобрести оборудование иностранной фирмы. Вот три гигагерцевых диапазона, рекомендованные в США:

MMDS = 2,500-2,690 ГГц (Multichannel Multipoint Distribution Systems);

UNII = 5,725-5,825 ГГц (Unlicensed National Information Infrastructure);

LMDS = 27,500-28,350 ГГц, 29,100-29,250 ГГц, 31,000-31,300 ГГц (Local Multipoint Distribution Services).

В сущности, с точки зрения физики во всех диапазонах все обстоит принципиально одинаково. Разница заключается в пропускной способности и устойчивости ко внешним воздействиям. Как было сказано выше, с увеличением частоты первое увеличивается, а второе уменьшается. Поясним более конкретно, что же мы имеем.

• MMDS. Из-за использования низкой частоты отсутствует необходимость прямой видимости. Расстояния, на которых возможен уверенный прием сигнала, оцениваются в 30 км. Пропускная способность достигает 10 Мбит/c.
• LMDS. Работает на гораздо более высоких частотах. Это заставляет использовать радиоустройства преимущественно в прямой видимости друг друга. Причем расстояния уверенного приема становятся на порядок ниже, зато возрастает пропускная способность, которая может достигать до 45 Мбит/c.
• Средний диапазон UNII мы не будем обсуждать, скажем лишь, что, как следует из названия, он не лицензируемый, но это относится лишь к США.

Примером устройства, работающего в диапазоне MMDS, является разработка Cisco WT2772-PAA Broadband Fixed Wireless Transverter. Это решение типа «точка-точка» (point-to-point). Максимальная пропускная способность может достигать 44 Mбит/с, а расстояние – 30 км. В сущности, данная система представляет собой создание выделенного канала на основе радиосигнала. Гораздо более интересными для операторов связи будут разработки типа «точка-много точек» (point-to-multipoint), но, что касается Cisco, в данный момент такие устройства еще не выпущены на рынок и их появление ожидается в ближайшее время.

Вообще, если говорить о системах типа «точка-много точек», то диапазон LMDS предпочтительнее, так как возможно создание большого числа каналов и увеличение пропускной способности. Сейчас уже существуют разработки, которые функционируют в данном диапазоне. Далее речь пойдет об одной из них: Evolium LMDS фирмы Alcatel.

Технические характеристики данной системы следующие:

• рабочее расстояние в условиях прямой видимости – до 5 км;
• один концентратор способен поддерживать двустороннюю связь с 4 тыс. абонентов;
• пропускная способность достигает 8 Мбит/с;
• возможна передача не только данных, но и голоса;
• рабочий диапазон: от 3,5 до 38,0 ГГц, хотя сейчас используется лишь 24,5-29,0 ГГц;
• система позволяет создать беспроводной абонентский доступ; коммутацию голоса, данных и смешанный трафик (голос/данные); виртуальные выделенные линии (T1/E1 или N×64 Кбит/с); IP/Ethernet/ATM/Frame Relay; полосу пропускания по требованию;
• возможна небольшая переконфигурация и увеличение сети;
• высокое качество и скорость связи, сравнимые с волоконно-оптическими системами.

Система состоит из нескольких компонентов. Базовая станция, состоящая из базовой радиостанции (RBS) и цифровой базовой станции (DBS). Она является тем самым концентратором, который поддерживает до 4000 каналов связи. Абонентский терминал, состоящий из сплошной антенны диаметром 26 см, устанавливаемой вне помещения, и интерфейсного блока. Центр управления, предоставляющий функции администрирования, наблюдения и обслуживания системы.

Следует упомянуть о проблемах, возникающих при использовании радиоустройств для Интернета. О первой уже говорилось – это лицензирование использования таких средств. Вторая проблема- помехи. Даже если вы получили разрешение на использование некоторой частоты, это не означает, что вы сможете без проблем использовать приобретенные радиоустройства. То, что было сказано выше о гарантии от помех, означает лишь, что в данной местности больше нет передатчиков, использующих выделенную вам полосу. Однако, особенно при использовании устройств, работающих в диапазоне LMDS, вам нужно позаботиться по крайней мере о прямой видимости. Вторым фактором могут быть осадки и туман. Возможна такая ситуация, когда в результате многократного преломления на микрокаплях воды сигнал вообще не будет доходить до приемника. Конечно, эта проблема не является повсеместной, так как по крайней мере в Москве постоянных туманов не бывает, но все же вопрос остается. Еще одна проблема – это защита. Конечно, как и в проводной сети, здесь существуют алгоритмы шифрования информации, которые предохраняют данные от считывания или изменения, но все же чисто интуитивно радиосигнал выглядит более открытым. Он открыт в буквальном смысле слова, и перехват его другим приемником нельзя исключать. Изменить сигнал, конечно, трудно, так как для этого нужен передатчик на той же частоте, что будет быстро обнаружено теми же службами Госсвязьнадзора, которые выдают разрешения на использование оборудования. Но несмотря на существование этих проблем, радиосвязь для Интернета развивается и привлекает все больше внимания.

В заключение хочется сказать, что новейшие технологии, такие как LMDS, являются весьма привлекательными для операторов связи, обеспечивая техническую возможность быстрого подключения абонентов к сети и нетрудоемкое изменение структуры сетей. Хочется надеяться, что в дальнейшем одна из проблем – проблема лицензирования таких средств - найдет решение, например аналогичное разрешению на использование диапазона 2400,0-2483,5 МГц.

КомпьютерПресс 12"2000