Широкополосные Мультисервисные Сети


  
ПУБЛИКАЦИИ
 
 


Технология интерактивных радиосетей MMDS для высокоскоростного доступа в Интернет
Широков В. Л., ООО "Телесет"
Журнал "Broadcasting", №5, август-сентябрь 2000г.

Высокие темпы роста Интернета в России все больше обнажают отставание в развитии местных телефонных сетей, поскольку последние используются провайдерами, поставщиками услуг Интернета, на "последней миле". Недостатком таких сетей являются неполный охват потребителей, большие временные задержки в соединении, неустойчивость связи и низкая скорость в получении информации. Ограничение по скорости для них составляет 56 кбит/с в прямом и 33,6 кбит/с в обратном канале. Существуют различные технологии доступа в Интернет, в том числе для высокоскоростного обмена, под которым понимается скорость 1 Мбит/с и более. Предприняты многочисленные попытки реализации этих технологий. Так, внедрение цифровых сетей с интеграцией голоса и данных (ISDN) помогает частично снять ограничение по скорости, свойственное обычным телефонным сетям. Сети ISDN позволяют обеспечить быстродействие 64 или 128 кбит/с. Существуют также беспроводные технологии типа RadioEthernet, которые обеспечивают скорость в общем канале 2 и 11 Мбит/с. Однако надо заметить, что для таких сетей необходима сложная опорная инфраструктура специального оборудования, внедрение которой потребует огромных капитальных затрат и времени. Даже в Москве сеть ISDN доступна не во всех районах.
В целом, проблема высокоскоростного доступа в Интернет все еще находится в стадии разработки. Особенно она актуальна для регионов. В то же время в десятках городов России уже работают системы многоканального многоточечного распределенного телевизионного сервиса, или MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Service). В данном материале рассматриваются практические аспекты технологии MMDS применительно к высокоскоростному доступу к Интернет.

Технология MMDS и общая структура сети
Существующие передатчики MMDS, наряду с возможностью аналоговой ТВ трансляции, при соответствующей модернизации способны передавать сигналы в цифровом виде. При установке на центральном MMDS-узле дополнительного приемного, а на стороне абонентов и дополнительного передающего оборудования, система превращается в двунаправленную радиосеть. Таким образом, после подключения к глобальной компьютерной сети обеспечивается доступ к Интернету.
Для подключения абонентов в MMDS-сети применяются широкополосные модемы, которые используют частоты с полосой пропускания шириной от 2 до 7 МГц и обеспечивают очень высокие скорости (по сравнению с другими средствами доступа).
Нами были изучены возможности использования для MMDS-сетей модемного оборудования нескольких производителей. В результате было выбрано наиболее совершенное и перспективное оборудование из существующего на рынке.
Полная структура доступа к Интернету через MMDS посредством выбранного аппаратно-программного комплекса была разработана нашей компанией в 1998 г. В конце 1999 г. появился заказчик -- оператор системы, действующей в г. Новоуральске. На этой системе впервые в России начато внедрение высокоскоростного доступа к Интернету посредством MMDS. В настоящее время все модемное, компьютерное и радио оборудование для сети поставлено. Выполняется монтаж и пуско-наладочные работы.

Условно структура MMDS-сети представляет собой звезду, то есть организована по схеме "точка-многоточка". В центре сети устанавливается головной модем и дополнительное приемо-передающее радиооборудование, через которые организуется обмен данными.
Прямой (нисходящий) MMDS-спектр в России -- это частоты 2500--2700 МГц. Обратные каналы -- это обычно MDS-спектр, то есть 2150--2156 (MDS1) и 2156--2162 МГц (MDS2), или каналы WCS -- 2305--2320 (WCS-L) и 2345--2360 МГц (WCS-H).
Прямой цифровой поток размещается в одном и более MMDS-каналах. Для г. Новоуральска был выбран свободный 20-й канал (2652--2660 МГц) в качестве прямого, а обратные каналы размещены в WCS-L полосе.
Возможности системы таковы, что для передачи данных используется ТВ канал шириной 8 МГц (эффективная полоса до 7 МГц) и различные схемы модуляции сигнала: QPSK, 16-QAM, 64-QAM и 256-QAM.

Один ТВ канал обеспечивает скорость цифрового потока от 14 до 56 Мбит/с в зависимости от модуляции сигнала. Диапазон скоростей, обеспечиваемых прямым каналом, составляет 14 при QPSK, 28 при 16-QAM, 42 при 64-QAM и 56 Мбит/с при 256-QAM. В зависимости от ширины полос, выделенных под обратный канал, разбиения на подканалы и количества подканалов, пропускная способность обратного потока может наращиваться. Ширина подканалов может настраиваться на 0.2, 0.4, 0.8, 1.6, 3.2 и 6.4 МГц. Между подканалами оставляются защитные полосы шириной 25%. Выбранная и используемая нами аппаратура позволяет организовать 3 обратных подканала разной ширины.
Например, суммарная пропускная способность полосы 15 МГц в обратном канале при QPSK модуляции составляет 25.6, а при 16-QAM -- 51.2 Мбит/с.
В целом для одного ТВ канала и соотношения числа активных абонентов к мгновенно обслуживаемым, равном 10:1, MMDS-сеть дает возможность 3-4 тысячам пользователей одновременно "качать" данные из Интернета, а работать в режиме разделения времени - 30-50 тысячам со скоростью телефонного модема.

Связь головного оборудования MMDS с магистралью Интернет
Сама система доступа через MMDS нуждается в связи собственно с магистралью Интернет. Это делается типовым способом через какого-либо канального оператора или первичного провайдера. Провайдер может обеспечивать сервисную поддержку абонентов, включая электронную почту (e-mail), размещение (хостинг) Web-страниц и др.
Как альтернативный вариант можно рассматривать только организацию шлюзового интерфейса к оборудованию, если компания-оператор MMDS сама берется обеспечивать соответствующие виды сервиса для абонентов Интернета. В результате MMDS-оператор становится также провайдером, а в конечном итоге так называемым мультисервисным оператором, то есть поставщиком нескольких услуг -- телевидения, Интернета, пакетной телефонии и др.
Цифровые потоки системы имеют очень высокое быстродействие. Поэтому, чем выше скорость обмена головного оборудования с главной магистралью Интернет, тем лучше. В любом случае высокоскоростная связь желательна для более эффективного использования возможностей системы в целом. Переход на более высокую скорость подключения к магистрали Интернета может осуществляться постепенно и поэтапно по мере роста сети.
Локальный сервер для хранения контента, поддерживающий функции посредника и передачи файлов, может обеспечить увеличение пропускной способности благодаря сохранению недавно использованной информации в своей памяти и делает более оперативным доступ к ней для других пользователей. Количество подписчиков и разновидностей сервиса, которые предоставляются, определяются возможностями этого сервера (серверов). Минимально необходим, по крайней мере, один Интернет-сервер.
Между первичным провайдером и оборудованием MMDS-сети необходим межсетевой экран для защиты пользователей беспроводной сети от взломщиков. Эта функция может выполняться маршрутизатором или локальным сервером в головном оборудовании.

Обработка сигналов и схема подключения абонентов
Данные прямого потока модулируются головным модемом в радиосигналы, которые дополняются специальными данными, необходимыми для управления, контроля и коррекции ошибок. Общий сигнал центрируется на частоте 44 МГц и подается на MMDS-передатчик.
Каждому из кабельных клиентских сегментов необходимы: маломощный приемопередатчик (трансивер) с блоком питания и приемопередающая антенна, а для подключений - широкополосный кабельный модем, который может использоваться как для индивидуального, так и корпоративного подключений компьютеров.
Абонентская антенна принимает MMDS-сигнал и направляет его к трансиверу, который конвертирует сигнал в промежуточную частоту, обычно в области 222-408 МГц. Этот сигнал направляется по кабелю 75 Ом к абонентскому кабельному широкополосному модему, который подстраивается к частоте канала и демодулирует сигнал. Модем выполняет также преобразование сигналов обратного потока, модулируя сигнал промежуточной частоты в цифру. Трансивер в свою очередь конвертирует сигналы в несущую частоту обратного канала.
Типовой трансивер обеспечивает уровни передаваемой мощности 100 или 250 мВт. В зависимости от коэффициентов усиления абонентских антенн на периферии и приемной в центре такие уровни мощности обеспечивают передачу в пределах 32 км.
Широкополосный модем преобразует цифровой сигнал в Ethernet-формат для связи с пользовательским компьютером. Скорость обмена данными, обеспечиваемая модемом, составляет 10 Мбит/с. Благодаря высокому быстродействию количество подключаемых к одному модему компьютеров может свободно наращиваться до нескольких десятков.
Абонентская антенна с трансивером может быть общей для группы абонентов и является остронаправленной. Сигналы запросов с этих периферийных антенн направляются в приемную антенну на центральной башне. Эти сигналы воспринимаются малошумящим усилителем и передаются вниз по отдельному волноводу или замешиваются на общий волновод для обработки головным модемом. Если расстояние от антенны до модема невелико, можно использовать обычный кабель снижения. Таким образом, замыкается вся цепочка передачи и приема сигналов, то есть система MMDS становится двунаправленной.

Выводы
Подводя итоги, заметим, что в целом широкополосная технология на базе MMDS-сети может обеспечить:
-- высокоскоростной доступ к Интернету с быстродействием, недостижимым другими технологиями (10 Мбит/с на абонента и до 56 Мбит/с на один ТВ канал);
-- всевозможные интерактивные и мультимедийные услуги (корпоративный обмен данными, радио и видео трансляцию через Интернет в реальном масштабе времени, пакетную телефонию, видео по требованию, видео конференцсвязь);
-- небольшой срок развертывания и внедрения (приблизительно 3--4 месяца);
-- масштабируемость в зависимости от потребностей рынка сбыта услуг;
-- дополнительную емкость пакетной телефонии для абонентов сети;
-- независимость от наличия местных проводных сетей связи;
-- возможность реализации глобальной телефонной связи через Интернет;
-- большой радиус охвата (до 56 км в радиусе, 32 км в настоящее время);
-- быструю окупаемость системы (1--2 года).
Таким образом, система MMDS при доукомплектовании необходимым оборудованием позволяет предоставлять весь спектр возможностей, реализуемых Интернетом.

В настоящее время в г. Новоуральске внедряется первая в России система высокоскоростного доступа в Интернет на действующей MMDS.