(2.5-2.686 ГГц.)

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.

Преимущества MMDS :

• Отличное качество трансляции
• Нет необходимости приобретения дорогостоящей антенны
• Нет необходимости приобретения нескольких антенн
• Возможность просмотра большого количества каналов
• Программы для зрителей любого возраста

Частотный диапазон

Ширина его 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. Для российского телезрителя такое количество каналов на сегодняшний день даже избыточно.

В MMDS обратный канал не предполагается. Тем не менее, систему можно достроить до двунаправленной. Сигнал обратного канала размещается в полосе частот MDS (2,15-2,16 ГГц), WCS (2,30-2,35 ГГц) или внутри самого диапазона MMDS (2,5-2,686 ГГц). В первом случае требуется получение отдельных разрешительных документов на дополнительный частотный диапазон, во втором - значительно сокращается возможное количество телевизионных каналов, и без того небольшое. Оборудование для обратного канала представляет собой практически параллельную систему, стоимость которой соизмерима со стоимостью собственно передающей станции MMDS .

Мощность передатчиков MMDS невелика - от долей Ватта до нескольких Ватт на каждый канал, при этом используется обычная амплитудная модуляция - та же, что и в эфирном телевидении. Поэтому получить в MMDS более качественный телевизионный сигнал, чем в традиционной кабельной сети, сложно. При передаче цифровых каналов и компьютерных данных возникают проблемы, связанные с многолучевым приемом (multipath). Поэтому к системам кабельных модемов для MMDS предъявляются более жесткие требования, чем к тому же оборудованию для проводных кабельных сетей. Соответственно, оборудование с теми же функциональными возможностями для MMDS дороже, чем "кабельное".

MMDS в России

Первая MMDS -станция начала вещание в Москве в конце 1991 года. Транслировалось в аналоговом формате 8 зарубежных каналов, целевая аудитория - весьма обеспеченные граждане (в основном - проживающие в России иностранцы). А по-настоящему «широкую известность в узких кругах» технология начала приобретать во второй половине 90-х, когда начали работать отечественный компании, предоставляющие услуги как по продаже соответствующего оборудования, так и по проведению проектных работ, монтажу и т.д., о MMDS появилась информация в профильных изданиях, в Интернете, с оборудованием, особенностями построения и эксплуатации MMDS -систем можно было ознакомиться на выставках, конференциях.

16 февраля 1999 года вышло в свет постановления Правительства РФ № 179 «Об утверждении Положения о проведении конкурса на предоставление права использования радиочастот для целей распределения телевизионных программ с применением систем MMDS , LMDS и MVDS». Тем самым была оформлена законодательная база и внесена ясность в процедуры оформления лицензии.

На данный момент в России существует более 300 вещательных центров MMDS. Много это или мало? Для сравнения - в «золотое» для MMDS время в США работало более 250 операторов, а количество абонентов оценивалось в несколько миллионов (правда, по данным на октябрь 2004 года оно составляло 100 тысяч человек, или 0,1% от общего количества абонентов, имеющих доступ к многопрограммному телевидению). То есть можно говорить, что MMDS «не пошел», или точнее, оказался не так востребован, как предполагалось.

Оборудование работает в радиусе нескольких десятков километров (в зависимости от высоты расположения антенны) и позволяют охватывать целые районы и области. Такой способ решения проблемы "последней мили" - один из самых удобных для небольших городов и пригородов с малоэтажной и разнородной застройкой, где прокладка кабельной сети малоэффективна.

В России более чем в 30 городах уже развернуты и успешно работают системы MMDS . Радиус действия систем определяется множеством факторов, но главным требованием является наличие прямой видимости между передающей и приемной антеннами. Даже листва на деревьях вносит очень существенное затухание. Некоторое влияние может оказать лишь переотражение от зданий в ближней зоне от передающего центра.

Системы MMDS работают в Екатеринбурге, Якутске, Дудинке (ТАО), Кемерово, Анжеро-Судженске, Новокузнецке, Сызрани, Лесном (Свердловская обл.), Северодвинске, Усинске (респ. Коми), Волгограде, Тюмени, Москве, Перми, Славянске-на-Кубани (Краснодарский Край), Ливны (Орловская обл.), Новосибирске, Плесецке и других городах.

Достоинства и недостатки

Достоинства:

• 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

Зона распространения сигнала ограничена зоной прямой видимости ретранслятора Необходимость государственного лицензирования для использования диапазона частот

Недостатки:

• 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

Малая канальная емкость

Конечно, в прежнее время казалось, что 24 канала - это более чем достаточная величина (причем это идеальный случай, в реальности лицензии выдавались на 12-16 каналов). Однако и кабельные, и спутниковые операторы могли предложить заметно большее количество телевизионных программ, что, естественно, сильнее привлекает потенциальных клиентов. Конечно, можно возразить - ведь MMDS допускает использование QAM-модуляции, и в одном частотном канале полезная скорость (битрейт) может достигать без малого 45 Мбит/сек. Правда, для этого абоненты должны были приобретать декодирующие устройства, и такая мера, естественно, не вызывала у них положительных эмоций - всем нам хорошо известен уровень покупательной способности населения, особенно в провинции.

Целый комплекс сложностей с обеспечением качества трансляции, обусловленных эфирной передачей Так как телевизионный сигнал абсолютно идентичен по своим параметрам стандартному эфирному (применяется амплитудная модуляция), а уровни мощности сравнительно невелики (от сотых долей ватта до нескольких десятков ватт), то добиться качества, хотя бы сравнимого с сигналов в кабельных линиях, очень сложно. Конечно, переход на цифровую форму вещания теоретически повышает качество трансляции, но остается проблема, связанная с многолучевым приемом сигнала, а известно, что формат цифрового сигнала для MMDS ничем не отличается от стандарта DVB-C, то есть обладает минимальной помехозащищенностью.

Вещание ведется в микроволновом диапазоне, необходимо обеспечивать прямую видимость на радиолинии между приемной и передающей антеннами. Но данный параметр зависит еще и от особенностей рельефа местности, наличия зданий и сооружений, даже обычная листва деревьев препятствует приему сигнала в гигагерцовом диапазоне. В связи с этим высота подвеса передающей антенны определяется не только из требуемого расстояния до линии радиогоризонта, но и с расчетом максимальной доступности своего сервиса для абонентов. Но тогда возникает другая проблема: если в крупных городах уже существуют телевизионные башни достаточной высоты, либо высотные здания, на которых при определенных условиях можно разместить передающую антенну (тем более что в городской черте сосредоточено большое количество потенциальных абонентов - к примеру, радиус Москвы, в которой проживает свыше 10 млн. человек, составляет примерно 36-40 км). Для сельской же местности, небольших районных городов, с малой плотностью населения на большой площади, где как раз требуются антенные мачты как можно большей высоты, - их скорей всего нет, а строить подобные сложно, долго и часто нерентабельно. Плюс, для возможности приема сигналов на большом расстоянии необходимы канальные передатчики с мощностями в 100 Вт, а это уже совсем другие деньги.

Стоимость

Низкая стоимость разворачивания MMDS - это один из мифов. Нет, конечно, в случае использования многоканального передатчика, «обычных» аналоговых модуляторов от головных кабельных станций, сравнительно малой высоты подвеса передающей антенны, что позволяет не использовать дорогостоящий волновод. Но в любом случае придется задуматься о покупке еще одного, резервного передатчика, измерительного оборудования, работающего в MMDS -диапазоне. А если проект подразумевает использование мощных канальных передатчиков, большую высоту подвеса передающей антенны, автоматическую систему резервирования, то стоимость только передающего оборудования может достигать нескольких сотен тысяч «условных единиц». И эти деньги понадобятся сразу, ведь MMDS -систему нельзя строить постепенно, в отличие от кабельных сетей.

Уровень потребительских свойств также ограничен тем фактом, что большое количество вариантов аварийного отказа MMDS -оборудования приводит к полному отсутствию услуг трансляции ТВ и/или передачи данных для всех абонентов. Такими причинами могут быть выход из строя передающих фидера, антенны, комбайнера, группового передатчика, разрушение антенной мачты. По понятным причинам это является неотъемлемой частью самой концепции MMDS. Единственным вариантом 100%-го резервирования является постройка дублирующей передающей станции, что, конечно же, нереально с точки зрения финансовой целесообразности.

Есть определенные сложности и с точки зрения общедоступности предоставляемой услуги (в отношении трансляции телепрограмм). Естественная потребность любого коммерческого оператора получать прибыль от предоставляемых подписчикам услуг. В случае систем КТВ контроль над несанкционированными подключениями можно осуществлять даже таким элементарным образом, как периодически обход домов с целью поиска «самовольщиков», их отключения и последующее применение санкций.

В случае с эфирной трансляцией все не так очевидно. Мало того, что порой просто невозможно установить наличие действующего оборудования у такого «пирата», так еще и получить к нему (то есть оборудованию) физический доступ очень сложно, если не невозможно. Из этого следует, что с целью борьбы с «самовольщиками» необходимо приобретать, монтировать и обслуживать оборудование условного доступа. А это также дополнительные финансовые расходы, которые надо как-то восполнять.

Особенности, связанные с развитием Российского рынка услуг связи. Проводные кабельные сети начали развиваться еще в начале 90-х годов, и, что естественно, наиболее активно в городах, где сосредоточено наиболее платежеспособное население. Конечно, в конце 90-х годов, когда MMDS пришло в Россию, самый «вкусный» клиент был уже занят. В провинции у населения уровень платежеспособности был заметно ниже, да и отсутствовала привычка платить «за телевидение», а состоятельные жители, которые могли себе позволить доступ к многопрограммному телевидению, уже обладали комплектами для приема спутникового ТВ.

И, наконец, проблемы, связанные с лицензированием. Время, требуемое на получение лицензии, порой полностью нивелировало такое выгодное свойство MMDS , как быстрое развертывание системы. В принципе, компании, продавцы оборудования, предлагали услуги по ускорению процедуры, но, естественно, за отдельные, и весьма немалые деньги. Причем операторы сознавали, что этот процесс через несколько лет повториться вновь, когда лицензию нужно будет продлять. Что, конечно, не внушало потенциальным и действующим операторам оптимизма.

Антенна MMDS

У абонентов интерактивной MMDS вместо приемной антенны с конвертором устанавливается приемопередающий блок - абонентский трансивер. Доступ в Интернет обеспечивается системой беспроводных кабельных модемов, например, фирмы Vyyo.

Многоканальные передатчики MMDS - наиболее популярное решение для сравнительно небольших городов (радиус до 10 км). На передающей станции устанавливается один широкополосный передатчик. Для его возбуждения используется набор телевизионных модуляторов, формирующих сигнал в диапазоне МВ (примерно 200-400 МГц). Сигналы модуляторов складываются обычным комбайнером (сумматором) и подаются на вход передатчика, в котором групповой сигнал конвертируется в диапазон 2,5 - 2,7 ГГц и усиливается по мощности.

Для приема цифровых программ у каждого абонента MMDS должен быть установлен серийный кабельный цифровой терминал стоимостью от 100 долларов.

Приемные антенны MMDS различаются по коэффициенту усиления: 21 дБ, 24 дБ, 27 дБ.

История

Хорошо известный частотный диапазон 2500-2700 МГц начал использоваться в США с середины 60-х годов прошлого века, с того момента, как Федеральная комиссия связи США (FCC) разрешила использовать этот его для так называемых служб «образовательного фиксированного телевещания» (ITFS - Instructional Television Fixed Service). Двадцать восемь из тридцати одного канала (каждый шириной в 6 МГц) могли использовать образовательные учреждения и некоммерческие организации. Оставшиеся 3 канала отдали службам OFS (Operational Fixed Service) - их могли для собственных нужд использовать коммерческие организации.

В 1969 году ряд телекоммуникационных операторов обратились в FCC с предложением разрешить для коммерческого использования диапазон 2150-1162 МГц (в то время не использовавшийся). В 1974 году FCC объявило о начале выдачи лицензий желающим локальным телекоммуникационным операторам на право вещания на этих частотах одного канала (полоса в 6 МГц). Новшество получило название MDS - Multipoint Distribution System, первый передатчик начал свою работу в 1975 году, транслируя сигнал кабельного канала HBO. Этот год по праву может считаться годом рождения MMDS .

MDS быстро набрала популярность как способ доставки телевизионной «картинки», разумеется, на платной основе, сначала до гостиничных комплексов, а позднее и частным лицам. Но со временем на фоне бума проводного кабельного ТВ перспективы MDS стали выглядеть невзрачно. Кабельное ТВ появилось во множестве городов, и потребитель, платящий 20-30 долларов в месяц за один канал MDS, мог за те же деньги получить от 12 до 24 каналов по кабелю. Операторы MDS не хотели сдаваться и стали искать возможности увеличения количества транслируемых каналов.

В 1979 году они вновь обратились в FCC с просьбой пересмотреть условия использования частотного спектра, принадлежащего службам ITFS. После некоторой задержки (возможно раздумий в ожидании «небольших» денежных взносов?) в 1983 году операторы получили право на блок из восьми смежных каналов, при условии одновременная трансляция будет вестись только на 4-х из них. С этого момента и появилась аббревиатура MMDS . В том же году было дано разрешение, пусть и с некоторыми оговорками, на использовании и остальных каналов ITFS.

Итак, с этого момента MMDS операторы имели техническую возможность трансляции 33 ТВ каналов, вокруг этого можно было начинать стоить бизнес. Для традиционных кабельщиков, которые в то время с трудом «выдавали» до 30 каналов, это было серьезной угрозой.

Выход был найден в ценовой войне, выражавшейся в завышении стоимости телевизионных программ для операторов MMDS . Объясняется это тем, что контент производили либо сами владельцы кабельных сетей, либо его авторы просто боялись неприятностей от своего крупнейшего на тот момент потребителя. В связи с этом Министерством юстиции США было инициировано расследование (естественно, с подачи сформированного к тому времени объединения операторов MMDS Wireless Cable Association - (WCA)), затем переросшее в сенатское. Как говорится, «после долгих и продолжительных боев» претензии WCA были удовлетворены. В октябре 1992 года вступил в силу «Акт о конкуренции в сфере кабельного телевидения и защите потребителя», который предписывал, в частности, равную ценовую политику производителей контента по отношению ко всем провайдерам.

С этого момента начались золотые годы MMDS . Резко увеличился рост абонентской базы, с конца 1992 по 1995 год, только благодаря IPO или выпуску долговых обязательств компаний-операторов рынок MMDS вырос более чем на миллиард долларов.

Показателен такой факт. В 1995 году FCC, пораженная количеством заявок на получение MMDS-лицензий, решило объявить аукцион. Территорию страны разбили на 51 «главный» и 487 «основных» региона (тип региона определялся не географическими, а коммерческими показателями). Аукцион считался закрытым, если никто не мог предложить цену большую, чем уже заявлена кем-то другим. После 181 раунда торговли аукцион был объявлен закрытым в марте 1996 года. Было выдано 493 лицензии, казна получила 216 млн. долларов - весьма ощутимые деньги за владение лицензией на «деревенское» телевидение. Итак, в середине 90-х рыночные перспективы MMDS казались весьма убедительными. FCC вышла к производителям соответствующего оборудования с предложением о разработке систем, использующих цифровые формы сигналов, что давало возможность транслировать большее количество телевизионных программ, а также предоставлять новые сервисы, такие, как передача данных.

Но в этот момент счастливая жизнь и закончилась. Активно начал развиваться рынок высокоскоростной передачи данных, и основные игроки, посчитав MMDS не готовой к использованию в данном контексте, переключились на развитие других технологий. С другой стороны активно развивались кабельные сети, которые теперь могли предложить подписчикам в несколько раз больше каналов по сравнению с беспроводными сетями. А на основной рынок MMDS -операторов (вещание телесигнала на пригороды и сельские районы) вышел новый игрок - система непосредственного спутникового вещания, - предлагающий при как минимум сравнимом качестве большее число телеканалов. Количество подписчиков MMDS -услуги, достигавшее в лучшие времена миллионных значений, стало падать. В этих условиях операторы, к тому времени потратившие сотни миллионов долларов заемных средств на создание зон покрытия, были вынуждены или прибегать к процедуре защиты от банкротства, или перепрофилировать свой бизнес. Собственно, так закончился «телевизионный» период MMDS в США.

После того, как FCC в сентябре 1998 года разрешила использование MMDS -сетей для двусторонней передачи данных, к ним проявили интерес такие тогдашние киты телеком-рынка, как MCI WorldCom и Sprint. За сравнительно небольшие деньги эти компании скупали у владельцев лицензии на право работы в соответствующем частотном диапазоне, и отныне MMDS стал позиционироваться как фиксированная служба связи в контексте передачи данных. В каковом качестве пребывает в США и поныне.

Мир телекоммуникаций настойчиво стремится сбросить с себя путы проводной связи или, по крайней мере, значительно их ослабить. Многоканальная многоадресная распределенная служба (Multichannel Multipoint Distribution Service — MMDS) относится к технологии фиксированных беспроводных сетей. Об одной из них — LMDS — мы писали в "Компьютерном Обозрении", # 35, 2000 . Таким образом, данная публикация является как бы логическим завершением этой темы на сегодняшний день.

MMDS получила широкое распространение в Соединенных Штатах для доставки телепрограмм. Поэтому она имеет еще и другое название, выражаемое оксюмороном "беспроводный кабель". Это далеко не новая технология: достаточно сказать, что первая коммерческая станция начала вещание еще в 1984 г. Большинство систем использовали аналоговую передачу — одна видеопрограмма на полосу 6 MHz в диапазоне частот 2,5 GHz.

Основные изменения в MMDS-индустрии связаны с переходом на цифровое видео и техникой передачи сжатых данных. Цифровые технологии в ряде случаев сделали использование MMDS более выгодным, чем кабель, поскольку позволили по одному каналу передавать различные типы трафика (видеоинформация, голос и данные). Эти нововведения как нельзя кстати совпали с экспоненциально растущим количеством пользователей, которым доступ к Internet становится необходимым в силу профессиональной деятельности. При этом к традиционным пользователям из медицинской и образовательной сферы и бизнес-структур добавляется изрядное количество индивидуальных. Ответной реакцией провайдеров услуг явилось внедрение в конце 1997 — начале 1998 гг. высокоскоростного доступа к Internet с использованием MMDS.

Особенности технологии

MMDS использует микроволновый диапазон частот 2,5—2,7 GHz и поэтому требует прямой видимости между передающей и всеми приемными антеннами. Максимальный радиус действия составляет 50 км, а реальный зависит от погодных условий и характера местности. (Пример построения сети MMDS приведен на рис. 1.)

Первые системы доступа к Internet сочетали беспроводную и кабельную технологии: от провайдера (нисходящий поток) данные передавались по радиоканалу, в то время как запросы абонентов поступали по телефонной линии с использованием модема. Это было связано не с особенностями технологии, а с ограничениями на использование радиочастот этого диапазона. Впрочем, с учетом асимметричного характера трафика в Internet это не было существенным недостатком, хотя и нарушало чистоту концепции. Может быть, поэтому вскоре соответствующие компетентные органы разрешили использовать двунаправленный радиоканал, чем немедленно и воспользовались производители оборудования для MMDS. Однако двунаправленный обмен потребовал ответа на некоторые фундаментальные вопросы, в частности:

• какой метод дуплексирования использовать;
• какие должны быть схемы модуляции для нисходящего и восходящего потоков данных;
• какова должна быть скорость передачи данных в нисходящих и восходящих потоках;
• как управлять доступом к среде (МАС).

Для обеспечения дуплексного режима могут использоваться два метода: дуплексирования с разделением по времени (Time Division Duplexing — TDD) или с разделением по частотам (Frequency Division Duplexing — FDD). Примером TDD в сетевых приложениях служит Ethernet. Здесь любой пользователь может получать данные от всех других, при этом доступ к каналу регулируется с помощью ставшего уже классическим метода CSMA/CD. Это все хорошо работает в случае относительно короткого времени задержки распространения сигнала, поскольку при коллизии теряется небольшое количество данных. Если время задержки распространения сигнала возрастает, больший объем данных успеет поступить в канал, прежде чем передающая станция обнаружит коллизию. В случае использования рассматриваемой технологии абонент вообще не имеет возможности получить сигнал от другого, так что управление доступом к каналу должно выполняться распределителем (хабом).

Метод FDD позволяет осуществлять одновременную передачу в обоих направлениях, но за это приходится платить неиспользуемой полосой спектра, служащей "зазором" между частотами приема и передачи.

В современных фиксированных микроволновых коммуникациях обычно применяется какой-либо из вариантов квадратурно-амплитудной модуляции (Quadrature Amplitude Modulation — QAM). Эти схемы имеют различные уровни сложности. При использовании фазовой модуляции (Phase Shift Keying — PSK) данные кодируются с помощью сдвига сигнала по фазе. Это надежный и легко реализуемый метод, но низкоскоростной. В двоичной фазовой модуляции (BPSK) синусоидальный сигнал начинается либо с фазы 0, либо со сдвигом на 1/4 периода. Здесь можно за один период передать только один бит информации. Метод квадратурно-фазовой модуляции (Quadrature Phase Shift Keying — QPSK) подобен BPSK, но вместо двух различимых фазовых состояний он использует четыре. Хотя в этом методе амплитуда не модулируется, его иногда обозначают как 4-QAM. В случае, когда четыре уровня амплитуды комбинируются с четырьмя фазовыми сдвигами, мы получаем схему 16-QAM и т. д.

Как уже упоминалось выше, трафик в Internet несимметричен: в нисходящем канале он обычно в 10—20 раз интенсивнее, чем в обратном. Поэтому данные транслируются абоненту по цифровым каналам, использующим модуляцию QPSK, 16-, 32-, 64-, 128- или 256-QAM, тогда как для передачи запросов применяют более простые схемы — QPSK или 16-QAM. Это позволяет получить в канале шириной 8 MHz скорость передачи данных до 56 Mbps в нисходящем потоке и 12 и 25 Mbps в обратном.

В качестве протокола управления доступом к среде выступает несколько модифицированный алгоритм множественного доступа, разработанный в 1970 г. для радиосети ALOHA, установленной в Гавайском университете связи между центральной ЭВМ и различными терминалами данных. Здесь каждый узел начинал передачу пакета в первом же временном окне (слоте). В MMDS этот метод используется в комбинации с резервированием полосы пропускания канала и обнаружением коллизий.

Что касается топологии сети, то геометрически это "звезда", логически — "общая шина", а фактически — "маркерное кольцо".

Поскольку технология MMDS традиционно применяется в телевещании, то для передачи данных выделяется только несколько каналов. Поэтому вполне актуальной является задача расширения возможностей этой технологии при организации доступа к Internet, в частности, речь идет о повторном использовании частот. В данном случае применяют два метода: разбиение на секторы и построение сотоподобных структур.

Разбиение на секторы осуществляется с помощью множества узконаправленных антенн, что позволяет посылать разные данные нескольким пользователям на одной и той же радиочастоте. Это требует разделения групп по азимуту (рис. 2). Здесь сразу же возникает проблема подавления боковых лепестков излучения. Поэтому при реализации такой схемы необходим разумный компромисс между количеством секторов и сложностью используемого в каждом канале метода модуляции.

Развертывание сети MMDS на базе сотовой архитектуры также позволяет повысить эффективность утилизации выделенного частотного спектра. В данном случае группам абонентов, географически распределенных в каком-то районе, данные доставляются с помощью множества ретрансляционных станций. Таким способом различная информация может посылаться разным подписчикам на одной и той же частоте. На практике же используется комбинация обоих методов.

Сети MMDS получили довольно широкое распространение в развитых странах. В связи с этим может создаться впечатление, что рынок Украины еще не созрел для предложения этой технологии. Однако в России к настоящему времени уже работают несколько таких систем. Поэтому нужно быть готовым к тому, что в весьма недалеком будущем сети MMDS начнут разворачиваться и в Украине.

Технологии беспроводного распределения информации MMDS

Системы сотового телевидения на основе технологии MMDS получили в последние годы широкое распространение как альтернатива классическим кабельным сетям. К ним относятся:

­ MMDS - микроволновая многоточечная распределительная система;

­ LMDS - локальная многоточечная распределительная служба;

­ MVDS - многоточечная видео распределительная система.

Система MMDS была разработана еще в 1983 г. Основным преимуществом MMDS является отсутствие дорогой проводной инфраструктуры. Технология MMDS наиболее интенсивно внедрялась в сельских местностях, а также в странах, где недостаточно развиты кабельные сети. Система MMDS является серьезным конкурентом КТВ и спутниковому ТВ как по стоимости, так и по качеству и функциональным возможностям. Оборудование производится как для диапазона 2,5–2,7ГГц.

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. Для увеличения дальности или расширения зоны охвата MMDS используются ретрансляторы.

На приемном посту конструкция из маленькой антенны с преобразователем сигнала крепится в зоне прямой видимости от передатчика. Сигналы от выходного блока подаются по коаксиальному кабелю через стандартный декодер в квартиру абонента. Сигналы декодируются при наличии разрешения от системы адресного кодирования. В соответствии с Регламентом радиосвязи для радиосистем типа MMDS, LMDS и MVDS выделены следующие полосы частот:

2,1-2,7 ГГц.

30,8-33,4 ГГц.

27,5-29,5 ГГц.

40,5-42,5 ГГц.

42,5-43,5 ГГц.

К настоящему времени внедрены десятки систем MMDS, которые реализуют доступ к Интернет, предоставляют услуги интерактивного телевидения и других широкополосных услуг по технологии беспроводного доступа. Возможность интеграции системы MMDS с высокоскоростным беспроводным обменом цифровыми данными, позволяет легко решить проблему "последней" мили.

Запрашиваемые пользователями данные транслируются нисходящими потоками в цифровых каналах, использующих модуляцию QPSK, 16-, 32-, 64- 128- или 256-QAM. При этом в зависимости от ширины канала и выбранной схемы модуляции сигнала, в одном ТВ-канале шириной до 8 МГц обеспечивается скорость передачи данных до 56 Мб/с, что значительно выше широко распространенной ADSL.

Радиус зоны обслуживания системы MMDS определяется высотой подвеса передающей антенны, мощностью передатчика, количеством передаваемых каналов, потерями в антенно-фидерном тракте и коэффициентом усиления передающей и приёмной антенн.

Главное преимущество сетей MMDS-вещания перед кабельными состоит в том, что они требуют меньших капитальных затрат (как минимум в четыре раза при 100 распределительных точках в радиусе 20 км от телецентра). Второе, система MMDS по сравнению с кабельной сетью более компактна и мобильна, не требует содержания большого штата сотрудников для эксплуатации и ремонта сети.

Использование систем MMDS в многоканальных системах наземного телевидения имеет ряд преимуществ по сравнению с обычными системами наземного телевещания:

Возможность передачи до 25 телевизионных программ, в зависимости от стандарта при аналоговом сигнале и в 4-6 раз больше при модуляции цифровыми сигналами стандарта MPEG-2.

Телевещание ведется на экологически безопасном уровне, суммарная мощность передатчика составляет в основном 1-10 Вт. (Для справки: в применяемых системах ТВ-вещания используются передатчики мощностью в метровом диапазоне до 50 кВт, в дециметровом - до 10 кВт).

Использование компактной антенны с линейными размерами 15-25 см.

Высокое качество сигналов из-за сравнительно низкого уровня помех в выделенных для этих систем диапазонах частот (2,5-2,7 ГГц).

Устранение так называемых "зон теней" в городах с многоэтажной застройкой посредством ретрансляторов.

Снижение эксплуатационных расходов благодаря отсутствию протяженных магистральных и субмагистральных линий.

Высокая устойчивость к различного рода реконструкциям, и стихийным бедствиям (пожар, землетрясение, техногенные чрезвычайные происшествия).

Трафик Интернет несимметричен: интенсивность информации в прямом канале в 10-20 раз выше интенсивности передачи запросов. Поэтому в обратном канале используются более простые схемы модуляции, позволяющие достигать скорости до 25 Мбит/сек в полосе 8 МГц.

Комплект оборудования системы MMDS включает следующие компоненты (Рисунок 4.1):

Модуляторы;

Входная приёмная система;

Цифро/аналоговые передатчики (или один групповой на N каналов);

Цифро/аналоговый сумматор каналов (ВЧ-смеситель, комбайнер);

Волновод и коаксиальный кабель.

Антенны;

Широкополосные ретрансляторы (при необходимости);

Система управления;

Автоматическая или ручная система резервирования.

Рисунок 4.1 - Телерадиовещание на базе системы MMDS

Модуляторы предназначены для переноса телевизионного сигнала на высокочастотный диапазон (2,5 ГГц). В настоящее время в наземном телевидении для передачи изображения используются аналоговые сигналы с амплитудной модуляцией, а для передачи сигналов звукового сопровождения применяется частотная модуляция.

Входная приёмная система предназначена для приёма на базовой станции входящих сигналов аудио, видео и данных.

В практике проектирования и монтажа систем MMDS используются два варианта построения структурных схем:

­ одноканальный,

­ многоканальный.

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. Рисунок 4.2).

Рисунок 4.2 - Структура MMDS при одноканальных передатчиках

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. Рисунок 4.3).

Рисунок 4.3 - Структура MMDS при многоканальном передатчике

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).

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.

Широкополосный передатчик 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. Широкополосный передатчик можно использовать как на головной MMDS станции, так и в качестве широкополосного ретранслятора для увеличения зоны вещания и, соответственно, числа абонентов.

Сумматор каналов (ВЧ-смеситель, комбайнер) 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. 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.

Вызвана высокой динамикой развития информационных технологий по обеспечению уровня информационных услуг, а также все более возрастающим числом доступного контента для вещателя. По своему принципу работы MMDS аналогична традиционному эфирному телевещанию в аналоговой или цифровой формах, за тем исключением, что она исходно предназначена только для ограниченного круга потребителей (используются кодированные платные каналы для сбора абонентской платы).

В настоящее время в России для вещания в прямом канале выделен диапазон 2,5 – 2,7 ГГц (24 канала с полосой в 8 МГц). Для реверсного канала (в случае интерактивной MMDS) выделяется участок частот в диапазоне 2,1 – 2,3 ГГц.

К достоинству MMDS следует отнести простоту доставки TV сигналов до абонента при охвате значительной площади. MMDS обладает относительно низкой стоимостью передающего оборудования, в основном зависящей от числа транслируемых каналов, мощности передающих устройств и вида MMDS.

П ри низкой канальной мощности передатчика (обычно не более 100 Вт) удается охватить значительную зону вещания (до 50-70 км) за счет высокого коэффициента усиления приемной антенны (18…25 dB). При этом важно выбрать правильное место установки антенной системы с учетом требуемой санитарной зоны (обычно не более нескольких десятков метров) и рельефа местности.

В качестве источников сигнала используют традиционные головные станции, которые применяются и при построении СКТ.

О чень важным моментом при проектировании систем MMDS является правильный энергетический расчет зоны охвата с учетом высоты установки антенны. Такой расчет весьма трудоемок и сложен. Выполнить его можно только с использованием машинных методов расчета. При необходимости увеличения зоны охвата или при наличии теневых зон, устанавливаются ретрансляторы , работающие в автономном режиме.

В настоящее время MMDS следует рассматривать как мультисервисную беспроводную (WireLess) систему телевидения, т.е. по полной аналогии с СКТ. Такая двунаправленная система должна в обязательном порядке иметь возможность подключения беспроводной головной системы модемов (WMTS – Wireless Modem Termination System), работающей по стандарту DOCSIS 2.0 WMTS. Структурная схема интерактивной MMDS должна в обязательном порядке включать в себя передатчик, приемник, головную станцию (та же, что и в HFC) и WMTS в сочетании с необходимыми серверами. В одном из развернутых вариантов интерактивной MMDS показаны схемы подключения основных функциональных модулей с вариантом подключения канальных передатчиков и управляемой коммутационной матрицей (48 входов), позволяющей в ручном или автоматическом режиме транслировать в эфир требуемые каналы в заданное время из множества принимаемых или формируемых собственной телестудией.

П ользователей можно подключать как индивидуально, так и коллективно. С точки зрения формирования реверсного направления, коллективное подключение является более предпочтительным. При этом в голове кабельного сегмента устанавливается трансивер с приемо-передающей антенной (трансвертор) или дополнительная коллективная передающая антенна. При этом пользователи, подключенные к Internet, могут воспользоваться такой услугой как IPРV (разовая плата за просмотр в кредит), а также любыми другими услугами традиционных интерактивных сетей. Для сегментации активных абонентов обычно используют несколько технических приемов .

Т аким образом, можно сделать следующие рекомендации и выводы:

• Системы MMDS по своему структурному построению очень близки к традиционным кабельным сетям (СКТ). Принципиальное отличие заключается в замене кабельных участков на эфир.
• В MMDS могут транслироваться все виды сигналов, используемые и при построении СКТ: AM TV, DVB-C, DVB-T, DVB-H и др.
• MMDS обладает более низкой стоимостью и значительно меньшими временными затратами в сравнении с СКТ. Однако MMDS предусматривает использование индивидуальных (или коллективных на небольшое число абонентов) антенн. А это влечет за собой неизбежное снижение числа подключаемых абонентов (включая и обязательное наличие теневых зон).
• Значительно большими притягательными возможностями обладают интерактивные MMDS, предусматривающие обязательное наличие реверсного канала (по телефонной линии или по эфиру).
• Очень важным моментом при выборе типа MMDS является не только ее технические параметры (например, выходная мощность и стабильность частоты), но и функциональные возможности. В первую очередь к ним относятся:
  Ø возможность подсоединения WMTS, работающей по стандарту DOCSIS 2.0;
  Ø наличие системы дистанционного менеджмента/мониторинга;
  Ø возможность ее сопряжения с ВЧ цифровыми возбудителями (в первую очередь DVB-C/T/H);
  Ø наличие системы автоматического резервирования по всем используемым модулям.
• Большей зоной охвата обладают канальные MMDS в сравнении с диапазонными. Однако последние обладают более низкой стоимостью.
• Для увеличения зоны охвата (а также увеличения возможностей и качества предоставления мультисервисных услуг) более экономичным является включение нескольких маломощных MMDS по схеме ячеистой структуры. При этом не только снижается стоимость системы в целом, но и облегчаются условия получения лицензии на вещание.
• Весьма значительными преимуществами обладают MMDS, у которых конечный усилитель мощности выполнен в пыле- влагозащищенном корпусе и устанавливается в специальном контейнере в непосредственной близости от передающей антенны. При установке же передатчика в составе ГС наблюдаются некоторые противоречия, заключающиеся в следующем: для расширения зоны охвата необходимо максимально возможно поднимать передающую антенну (обеспечивая тем самым зону прямой радиовидимости). Но подъем антенны означает снижение излучаемой мощности в силу неизбежных потерь в подводящем кабеле. А снижение излучаемой мощности приводит к уменьшению зоны охвата при фиксированной мощности передатчика.
• Приобретая MMDS, следует сразу обратить внимание на возможность ее работы по стандарту DOCSIS 2.0 WMTS (или версии 3.0). Согласно этому стандарту существенно ужесточены требования по стабильности выходной частоты, неравномерности ГВЗ и ряду других параметров. Никакая модернизация MMDS не позволит в дальнейшем внедрить широкий спектр востребованных услуг.
• Правильно рассчитать зону покрытия интерактивной MMDS могут только высококвалифицированные специалисты, имеющие достаточный опыт в данном направлении и имеющие в своем распоряжении необходимые машинные методы расчета.

Если у Вас возникли какие либо вопросы, обращайтесь по E-mail.

Многоканальная Многоточечная Распределительная система – в английской аббревиатуре MMDS (M ultichannel M ultipoint D istribution S ystem) – это система наземного телевещания, аналог кабельного телевидения, но без кабеля.
Система MMDS работает на очень высоких частотах (2,5 - 2,6 ГГц), этим обеспечивается высокое качество (отсутствие двоений изображения, высокая четкость, высокая помехозащищенность), большой радиус охвата и большое количество передаваемых телепрограмм.
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, там, где создание кабельной сети невозможно или нецелесообразно. В настоящее время MMDS системы используются, в основном, для организации многоканального коммерческого телевизионного вещания, а также других широкополосных услуг по технологии беспроводного доступа, в том числе интерактивных.
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, так как мощность MMDS- сигнала гораздо больше, чем сигнал от спутника.

Антенну MMDS можно установить в любом месте при единственном условии - необходимость наличия прямой видимости с места установки приёмной антенны MMDS до телецентра. Антенна MMDS, принимая сигнал с телецентра, конвертирует (понижает) её частоту на более низкую, как правило, в V дециметровый диапазон. Усиления антенны, вернее усиления конвертора (конвертор - это устройство, находящиеся в центре антенны) хватает в среднем для подключения 1- 4 телевизоров.
Преимущества MMDS:
Отличное качество трансляции.
Нет необходимости приобретения дорогостоящей антенны.
Нет необходимости приобретения нескольких антенн.
Возможность просмотра большого количества каналов.
Программы для зрителей любого возраста.
Недостатки ММDS:
Зона распространения сигнала ограничена зоной прямой видимости ретранслятора.
Необходимость государственного лицензирования для использования диапазона частот.
Общее количество транслируемых телевизионных каналов не может превышать 24.
Мощность передатчиков MMDS невелика - от долей Ватта до нескольких Ватт на каждый канал, при этом используется обычная амплитудная модуляция - та же, что и в эфирном телевидении. Поэтому получить в MMDS более качественный телевизионный сигнал, чем в традиционной кабельной сети, сложно. При передаче цифровых каналов и компьютерных данных возникают проблемы, связанные с многолучевым приемом (multipath). Поэтому к системам кабельных модемов для MMDS предъявляются более жесткие требования, чем к тому же оборудованию для проводных кабельных сетей. Соответственно, оборудование с теми же функциональными возможностями для MMDS дороже, чем "кабельное".
Даже листва на деревьях вносит очень существенное затухание. Некоторое влияние может оказать и переотражение от зданий в ближней зоне от передающего центра.
Антенна MMDS
У абонентов интерактивной MMDS вместо приемной антенны с конвертором устанавливается приемопередающий блок – абонентский трансивер. Доступ в Интернет обеспечивается системой беспроводных кабельных модемов.
Многоканальные передатчики MMDS - наиболее популярное решение для сравнительно небольших городов (радиус до 50 км). На передающей станции устанавливается один широкополосный передатчик. Для его возбуждения используется набор телевизионных модуляторов, формирующих сигнал в диапазоне МВ (примерно 200-400 МГц). Сигналы модуляторов складываются обычным комбайнером (сумматором) и подаются на вход передатчика, в котором групповой сигнал конвертируется в диапазон 2,5 - 2,7 ГГц и усиливается по мощности.
Для приема цифровых программ у каждого абонента MMDS должен быть установлен серийный кабельный цифровой терминал. Приемные антенны MMDS различаются по коэффициенту усиления: 21 дБ, 24 дБ, 27 дБ.
Абонентский даунконвертер MMDS
(Downconverter и блок питания приобретается отдельно)

Предназначен для качественного приема сигналов цифрового и аналогового телевещания и данных в беспроводной сети MMDS в сложной электромагнитной обстановке. Особенности:
имеет низкий коэффициент шума, а высокий уровень сигнала на выходе устройства дает возможность обслуживать как коллективные сети, так и индивидуального абонента;
компактное высоконадежное исполнение в герметичном корпусе;
низкий коэффициент шума приемника;
широкий динамический диапазон;
высокое подавление внеполосных сигналов;
возможность использования внешних рефлекторов с различными Кус;
поддержка цифрового вещания с модуляцией QAM256;
возможность обслуживания как коллективных сетей, так и индивидуального абонента;
различные частотные исполнения.