Курсовая Радиотехника. Курсач. Переход к цифровым методам передачи обычно связывают с улучшением качественных показателей видеоизображения
 Скачать 4.04 Mb.
|
3.2. Система MVDSMVDS (Multipoint video distribution system) представляет собой широкополосную систему беспроводных телекоммуникаций типа «точка - многоточка», основным предназначением которой является передача видео (в т.ч. 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 (MVDS) – 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. В последнее время все большее внимание уделяется системам беспроводной передачи на частотах выше 20 ГГц. В этой области стандартно используются диапазоны 25-32 ГГц и 40,5-42,5 ГГц. Наиболее привлекательным качеством систем MVDS является ширина предоставляемого диапазона — 2 ГГц. Однако распространение сигналов в области 40 ГГц имеет свои особенности, которые во многом определяют специфику построения систем MVDS. Затухание миллиметровых волн в атмосфере значительно выше, чем метровых и дециметровых, и сильно зависит от климатических воздействий. 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. Малый радиус распространения миллиметровых волн определил применение техники MVDS в сетях с маломощными передатчиками, построенных по сотовому принципу. Широкая полоса в сочетании с сотовой структурой делает эту технику очень подходящей для организации интерактивных мультимедийных сетей, включающих телевидение, телефонию, видеоконференции, высокоскоростной доступ к Интернет и передачу данных. Аппаратура MVDS может использоваться как самостоятельно, так и в составе гибридных кабельных сетей, для организации последней мили. 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, совместимых со стандартами DVB-С или DVB-S. 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. Спутниковый вариант MVDS также имеет свои преимущества. Он больше подходит для раздачи спутникового сигнала. Кроме того, и это самое главное, он позволяет формировать ячейки большего радиуса, что приводит к экономии дорогостоящих передатчиков. Этот вариант больше подходит для сельской местности с малой плотностью застройки. 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. Аналоговые сигналы преобразуются в цифровой вид в MPEG-2 кодерах. Формирование сервисной информации, канальное кодирование и модуляция осуществляются в соответствии с одним из двух стандартов — DVB-С или DVB-S. На рисунке 5 изображена типичная структурная схема передающей и приемной частей системы MVDS. После формирования цифровых пакетов, каналы модулируются и объединяются для подачи к широкополосным передатчикам. Возможно также использование индивидуальных передатчиков. В передатчике спектр сигнала переносится в область 40 ГГц (это происходит за один или два этапа), усиливается и передается к антенне. Базовые станции могут оборудоваться набором секторных антенн. Это позволяет усилить мощность передаваемого сигнала и обеспечить нужную зону покрытия.  Рис. 5. Структурная схема системы MVDS. Мощность твердотельных усилителей, применяемых в передатчиках MVDS, очень невелика. В канальных передатчиках она измеряется десятками мВт, а в групповых, предназначенных для передачи сотни каналов, — единицами Вт. Раздача сигнала к сотовым передатчикам может производиться по оптоволокну, маломощным релейным линиям или с помощью самой MVDS. У абонента устанавливается антенна, монтируемая на стене здания, малошумящий конвертер и стандартный ресивер. Для приема могут использоваться антенны различной конструкции - рупорные, микрополосковые или параболические. 3.3. Система LMDS.LMDS представляет собой широкополосную систему беспроводных телекоммуникаций типа «точка-многоточка», которая функционирует в диапазоне частот 25-27 Ггц. Система LMDS предназначена для одно- или двусторонней передачи голоса, данных, Интернет-трафика и видео. На сегодня широко распространенного русского акронима для LMDS не существует. По своей сути технология LMDS - это сотовая система передачи информации для фиксированных абонентов на основе радиоканала миллиметрового диапазона волн. По принципу своей организации система LMDS 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 системы LMDS позволяет охватить район в виде окружности (в реальности – это многоугольник) с радиусом в несколько километров и подключить несколько тысяч абонентских станций (АС). Сами БС в системе LMDS объединяются друг с другом высокоскоростными наземными каналами связи либо радиоканалами. Размеры круглой ячейки (зоны покрытия) обычно зависят от системного усиления радиочастотного оборудования, коэффициентов усиления передающих и приемных антенн, потерь в гидрометеорах, которые свойственны региону, в котором располагается система LMDS, и отношения сигнал/шум, требующегося для нормальной работы системы. В отсутствие препятствий радиус ячейки может находиться между 2км и 8км. В практических системах препятствия, такие как здания, растительность и детали рельефа местности, могут заблокировать сигнал в каком-либо из направлений. В таком случае форма ячеек будет нерегулярной и даже иметь «прорези» на границе ячейки, где сигнал от концентратора не может быть принят. Для максимизации возможной площади покрытия необходимо хорошее планирование покрытия, для чего могут быть изготовлены пакеты программ, использующих цифровые карты. В отдельных случаях для реализации режима «прямой видимости» с концентратором используются небольшие активные или пассивные ретрансляторы, расположенные внутри ячейки. Как альтернатива этому большие отражающие поверхности могут использоваться в качестве пассивных отражателей. При этом потери вследствие отражения будут зависеть от неровности поверхности. Дополнительную возможность могут предоставить сильно перекрывающиеся ячейки. Такое решение позволяет интеллектуальным системам в условиях ухудшения прохождения в любой из ячеек использовать альтернативные трассы передачи, которые могут позволить части абонентов, находящихся в зоне действия данного концентратора, принять сигнал от другого концентратора. Несмотря на то, что спектр LMDS является достаточно широким по отношению к частотным диапазонам, предназначенным для систем точка-точка (PTP) и PMP, работающих на более низких частотах, для увеличения информационной емкости часто используется деление на секторы. Структурная схема сети LMDS включает четыре основных элемента: -оборудование базовой станции; -радиочастотное оборудование; -оборудование абонентской станции (CPE); -система управления сетью. На рисунке 6 показана коммуникационная цепочка основных подсистем и соединяющие их интерфейсы. В состав оборудования концентратора (Hub) обязательно входят маршрутизатор, с помощью которого производится соединение между беспроводной и проводной сетями, а также переключатель ATM (Switched Network). Модем (Hub modem) выполняет следующие функции: мультиплексирование, скремблирование, кодирование и модуляцию для нисходящих данных и обратные им операции для восходящих данных. Модем подключается к радиочастотному оборудованию посредством интерфейса на промежуточной частоте (IF). Частота IF обычно находится в пределах между 950МГц и 2150МГц.  Рис. 6 Структурная схема системы LMDS на физическом уровне. В состав радиочастотного оборудования входят: блок повышающего и понижающего конверторов, усилитель мощности (HPB), малошумящий усилитель (LNA) и фильтры. В высокочастотном диапазоне наблюдаются значительные потери в радиолиниях, так что RF элементы стремятся располагать поближе к антенне. За счет использования режима с множеством несущих в одном трансивере увеличивается пропускная способность, а также снижается стоимость и сложность оборудования. Абонентское оборудование (CPE) состоит из блока внешней установки (ODU) и внутреннего блока (IDU). В свою очередь, ODU состоит из антенны диаметром 25-30см и блока RF. Блоки ODU и IDU соединяются с помощью интерфейса CPE IF. Модем CPE обрабатывает данные для реализации стандартных интерфейсов, таких как, например, T1 или E1. Система управления сетью (NMS) производит мониторинг жизнеспособности и параметров системы LMDS за счет служебных приложений и приложения управления. Функции NMS включают в себя: организацию работы сети, администрирование, а также распределение и предоставление услуг. Служебные приложения – это программа управления, части которой распределены по всем элементам сети. Приложение управления – это единственное из приложений, которое предполагает использование графического интерфейса пользователя. Оно позволяет оператору видеть всю сеть доступа и оптимизировать ее параметры. Таким образом, основные преимущества технологии LMDS следующие: Во-первых, LMDS - это беспроводная система, не требующая прокладки достаточно дорогостоящих кабельных линий связи. Во-вторых, оперативность развертывания, - сеть LMDS может быть развернута за малый промежуток времени. Установка и наладка клиентского оборудования занимает всего день, а то и несколько часов. В-третьих, при возникновении необходимости переезда в другой район система может быть в короткие сроки демонтирована и установлена в другом месте. Если новое место обслуживается оператором LMDS, то достаточно будет переставить только абонентский терминал. В-четвертых, относительно невысокая стоимость. Стоимость развертывания абонентского терминала и абонентская плата за канал LMDS меньше, чем за аналогичные по скорости передачи проводные каналы. LMDS относится к системам технологий прямой видимости. Ее работа зависит не только от мощности передатчика, но и от рельефа местности, окружающих объектов и погодных условий. И если волны низких частот огибают препятствия: деревья, стены, холмы, - то миллиметровые волны, используемые в сотовом телевидении, отражаются от них. Прием в таких теневых зонах становится затруднителен или вовсе невозможен. При сравнительном анализе всех 3-х систем, в данном проекте было принято решение использовать технологию MVDS (рисунок 5). Это решение было принято при учёте ряда факторов: - Изначально система MVDS предназначена для передачи видео сигнала ( в т.ч. ТВ программ) - Ширина предоставляемого диапазона — 2 ГГц. - MVDS подходит для раздачи спутникового сигнала. - Сиситема позволяет формировать ячейки большего радиуса, что приводит к экономии дорогостоящих передатчиков. - Этот вариант больше подходит для сельской местности, какой и является поселок Майский. -Спутниковый вариант MVDS позволит передавать до 30 ТВ каналов стандартного качества. Таблица 4. Основные технические характеристики аналоговых и цифровых систем MVDS
Основные технические параметры оборудования систем MVDS: Передатчики. В качестве усилительных элементов в выходном каскаде передатчика применяют лампы и полупроводниковые приборы. Ламповый передатчик в полосе 2 ГГц может обеспечить мощность до 60 Вт, полупроводниковый - до 25 Вт. Однако стоимость полупроводникового передатчика значительно выше лампового, использование их оправдано там, где предъявляются повышенные требования по габаритным размерам, массе оборудования и по энергопотреблению. Структурная схема приемника системы MVDS подобна схеме приемника в спутниковых системах с тем лишь отличием, что добавляется еще один малошумящий усилитель в полосе частот 40,5...42,5 ГГц и понижающий конвертер в полосу 10,7...12,7 ГГц для совместимости со спутниковым оборудованием. В табл. 5 приведены основные технические характеристики передатчика и приемника системы MVDS. В качестве передающих антенн на базовых станциях систем MVDS применяются антенны с круговой или секторной диаграммой направленности в горизонтальной плоскости, подобной антеннам систем MMDS . Преимущество секторной антенны перед круговой заключается в более высоком коэффициенте усиления и обеспечении возможности излучения сигналов в двух поляризациях. Последнее обстоятельство особенно важно при работе системы в интерактивном режиме. Таблица 5. Параметры передатчика и приемника системы MVDS.
В качестве приемных антенн могут применяться либо плоские антенные решетки или рупорные антенны с линейными размерами до 30 см. Для преодоления препятствий или в зоне глубокой тени могут применяться активные ретрансляторы с мощностью на выходе единицы милливатт и пассивные. В данном курсовом проекте доведение телевизионного сигнала до поселка Майский будет осуществляться по средствам коллективной приёмной установки. На головной станции необходимо расположить антенны для приёма сигналов со спутника и от наземного ретранслятора (в данном случае ОРТПЦ г. Белгород). Доставка контента пользователям будет осуществляться по средствам сотового телевещания. Это связано с тем, что данный вид телевещания идеально подходит для сельской местности. Благодаря так называемым сотам, зона покрытия ТВ сигналом микрорайона равна 100%, несмотря на холмистый рельеф. Современные системы такого типа обеспечивают передачу радиосигналов на экологически безопасных уровнях мощности (100 - 300 мВт на канал). Стандарты ТВ вещания. 4.1.Система цифрового наземного ТВ вещания DVB-T. Система цифрового наземного ТВ вещания DVB-T (Система В в МСЭ-Р) определяется как функциональный блок оборудования, обеспечивающий адаптацию цифрового ТВ сигнала, представленного в основной полосе частот на выходе транспортного мультиплексора MPEG-2, с характеристиками стандартного наземного радиоканала вещания, имеющего ширину полосы частот 8 МГц. Поскольку система DVB-T, как и любая другая система ЦНТВ, должна использовать существующие частотные планы и в течение достаточно длительного переходного периода обеспечивать вещание наряду с действующими аналоговыми ТВ системами (в России стандарта D,K/SECAM), она должна обладать требуемой помехозащищенностью со стороны аналоговых систем и не должна создавать недопустимых помех для них. Для обеспечения всех необходимых требований по адаптации потока данных к радиоканалу вещания в составе передающего комплекта системы DVB-T имеются устройства кодирования для канала, мультиплексирования и модуляции. Структурная схема подсистемы адаптации к каналу наземного вещания показана на рис. 7. На том же рисунке упрощенно показана также подсистема кодирования источников информации и их мультиплексирования в транспортный поток.  Рисунок 7. Структурная схема передающей части системы DVB-T Выход транспортного мультиплексора является точкой стыка подсистем формирования и передачи транспортных пакетов. Таким образом, входным сигналом тракта адаптации является поток транспортных пакетов фиксированной длины 188 байт, из которых один (первый) байт служит для цикловой синхронизации. Для более равномерного распределения (дисперсии) энергии радиосигнала в полосе канала входной поток подвергается рандомизации (скремблированию). Система DVB-T имеет два идентичных по структуре тракта рандомизации и помехоустойчивого кодирования. Такое построение позволяет использовать иерархические методы независимого кодирования двух потоков данных для организации их приоритетного приема в зонах вещания с различной площадью покрытия. Общая часть тракта подсистемы адаптации служит для преобразования потоков данных в комбинации битов, соответствующих модулированным посылкам, ввода сигналов цикловой синхронизации и управления, формирования защитных временных интервалов, преобразования цифровых сигналов в модулированный групповой спектр COFDM, переноса его в полосу канала вещания, усиления и излучения в эфир. Построение подсистемы кодовой защиты в системе DVB-T выполнено по традиционному для систем ЦНТВ каскадному принципу. Для защиты от ошибок в демодулируемом сигнале COFDM служит внутренний сверточный кодек с набором различных кодовых скоростей и относящийся к нему блок внутреннего перемежения-деперемежения битов. Для исправления пакетов ошибок и дополнительного снижения вероятности ошибки в декодированном сигнале служит внешний кодек Рида-Соломона и внешний перемежитель-деперемежитель байтов транспортного потока. При разработке подсистемы кодирования для канала в системе DVB-T были максимально учтены требования близости структуры и параметров к спутниковой (DVB-S) и кабельной (DVB-C) системам. Так, схемы внешнего кодирования и внешнего перемежения являются одинаковыми во всех трех системах DVB. Схемы внутреннего кодирования и рандомизации (скремблирования) соответствуют таковым в спутниковой системе DVB-S. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||