М. Е. Белкин
Опубликована в журнале "Электросвязь", 1998, №1, с.8-15
(Все рисунки можно найти в вышеуказанном журнале или у автора)
Описывается новый экономичный способ построения местных сетей электросвязи с совместным использованием волоконно-оптических и коаксиальных линий передачи, с помощью которых обеспечивается одновременная доставка абонентам любых видов услуг. Рассматриваются принципы построения, структура и основные требования к оборудованию линейного и группового трактов. Предлагается частотный план дуплексной передачи на несущих цифровых каналов, который полностью совместим с действующим в РФ стандартным частотным планом вещательного телевидения. С учетом недостатков существующего плана предложен частотный план для будущих сетей с увеличенной полосой передачи в обратном направлении. Отмечается, что получившая наибольшее распространение за рубежом схема сети с установкой у абонента специальной приставки является оптимальной при обслуживании абонентов, живущих в отдельных домах. В условиях же многоквартирных домов более экономичным является вариант с разделением видов услуг и выносом функций обработки сигналов из квартир абонентов в единственный на дом пункт домового ввода. Проводится технико-экономическое сравнение с другими существующими системами абонентского доступа.
Современное состояние. В концепции развития связи РФ [1] намечен эволюционный переход структуры сетей всех уровней от аналоговой через аналого-цифровую к полностью цифровой. Нет сомнений, что в конце концов вся информация будет доставляться абоненту в цифровом виде. Вопрос - в сроке, когда этот путь станет целесообразным и экономически эффективным. Дело в том, что в отличие, например, от транспортной, в состав местной сети входит звено, тип которого (в данном случае: аналоговый или цифровой) полностью определяется потребителем. Речь идет об абонентском терминале (АТ), т.е. в основном о телефонном аппарате (ТА), телевизионном приемнике (ПТВ), приемнике звукового вещания (ПЗВ) или абонентском компьютере (АК). И если с последним все понятно, поскольку он цифровой, то остальные АТ на сегодняшний день повсеместно являются аналоговыми, и на обновление (замену) этого огромного парка потребуется значительный период времени.
В частности в РФ, согласно [1] парк АТ в сфере телефонной связи составляет 26 млн. со средней плотностью на 100 человек 17 ТА, в сфере проводного звукового вещания - 47 млн. с плотностью 30 ПЗВ и в сфере телевизионного вещания - уже 60 млн. с плотностью 40 ПТВ. Причем, если первые два вида услуг в мире уже существуют в цифровом варианте с серийно выпускаемыми АТ (например, система цифрового звукового вещания Эврика-147/DAB [2] , а также цифровые телефонные системы распределенной структуры: система 1000S12 фирмы Alcatel, система МD110 фирмы Ericson, система С-32 ЦНИИС, система СПРС ОАО “ЦКБ-связь” и др.), то цифровое вещательное телевидение пока находится на уровне выставочных образцов ведущих мировых фирм-производителей аппаратуры.
Разумеется, что пройдут десятилетия и сменятся несколько поколений техники, прежде чем отечественным и зарубежным операторам местных сетей связи удастся убедить всех своих абонентов в целесообразности замены аналоговых АТ на цифровые. Для наглядной иллюстрации данного утверждения отметим, что через 25 лет после начала в стране регулярного цветного ТВ вещания парк черно-белых телевизоров согласно [1] составлял 50%, хотя речь идет всего лишь о замене на совместимый аналоговый АТ.
В переходный период местные сети связи должны иметь структуру и использовать системы передачи, совместимые и с новыми цифровыми, и с традиционными аналоговыми АТ. Основной проблемой в данном случае является доставка в цифровой форме десятков телевизионных каналов, поскольку, как известно, полоса, занимаемая ТВ сигналом, более чем на три порядка шире по сравнению с телефонным. Понимая это, различные производители средств связи, стремясь создать привлекательную с точки зрения операторов местной связи платформу на основе цифровых систем передачи (ЦСП), которые не нужно будет заменять в будущем при переходе абонентов на цифровые АТ, предлагают промежуточные варианты, когда телевизионные сигналы по линиям абонентского доступа передаются в цифровой форме и снова преобразуются в аналоговую на входе АТ. Например, фирмой General Instrument предложена концепция Headend-to-Home [3] , когда в каждом доме доставленные в цифровой форме ТВ каналы декодируются и поступают на входы стандартных аналоговых ВЧ модуляторов с АМ-ОБП, после чего распределяются в домовой ТВ сети. То есть вместо одной головной станции (ГС) на район предлагается установить по ГС в каждом доме. Согласно еще одной концепции под названием Diamant [4] каждый принятый ГС аналоговый ТВ сигнал в видео или радиодиапазоне (до 450МГц) переносится на ПЧ (39,85 МГц), кодируется с частотой дискретизации 28 МГц, и затем все оцифрованные ТВ каналы вновь уплотняются по частоте, образуя на выходе “цифровой частотно-мультиплексированный сигнал”. Таким образом при 12-разрядном кодировании аналоговых ТВ радиосигналов требуемая скорость передачи уменьшается по данным разработчиков с 10,8 Гбит/с до примерно 1,2 Гбит/с. Вышеописанный сигнал в цифровом виде распределяется по волоконно-оптической сети, преобразуется на абонентской стороне на выходе приемного оптоэлектронного модуля в аналоговую форму с помощью быстродействующего ЦАП и доставляется абонентам традиционным способом по коаксиальной сети.
В связи с вышеизложенным думается, что мнение авторов концепции [ 1] о том, что после 2000 года все вновь устанавливаемое оборудование местных сетей будет цифровым, отражает мировые тенденции начала 90-х годов, поскольку в последнем десятилетии 20-го века в области электросвязи произошли два значительных события, на которых стоит остановиться более подробно.
Цифровое вещательное телевидение. Первое - разработка в общемировом масштабе нормативной базы и аппаратуры для цифрового представления телевизионного видеосигнала. При этом появилась возможность создания единого всемирного стандарта цветного ТВ вещания вместо 30 действующих на сегодняшний день (10 стандартов вещательного телевидения и три системы цветового кодирования [ 5] ). Принятая в настоящее время рекомендация ITU-R BT.601 устанавливает правила раздельной дискретизации, квантования и кодирования так называемого компонентного видеосигнала, т.е. сигнала яркости и двух цветоразностных сигналов. В документе рекомендуется, чтобы частоты дискретизации яркостной и цветоразностных компонент находились в соотношении 4:2:2 по сравнению с базовой, что и дало обычно используемое название стандарта. При таких значениях частот можно практически без искажений преобразовать в цифровую форму сигнал яркости в полосе до 5,75 МГц и цветоразностные сигналы в полосе до 2,75 МГц [ 6,7] . Согласно стандарту 4:2:2 в активной части кадра содержится 720х576 отсчетов яркостной компоненты видеосигнала и по 360х576 отсчетов цветоразностных компонент, что удовлетворяет требованиям всех действующих стандартов вещательного телевидения. Полная скорость передачи цифрового компонентного видеосигнала при длине кодового слова 10 бит составляет 270 Мбит/с.
Для уменьшения скорости передачи предложены различные упрощенные форматы представления цифрового видеосигнала, которые могут быть получены из базового путем предварительной обработки и децимации (прореживания) отсчетов в горизонтальном и вертикальном направлениях ТВ растра. Среди них наиболее целесообразными для ТВ вещания считаются форматы 4:1:1 (720х576 отсчетов для яркостной компоненты и 180х576 отсчетов для цветоразностных компонент) и 4:2:0 (720х576 отсчетов для яркостной компоненты и 360х288 отсчетов для цветоразностных компонент). В обоих форматах полная скорость передачи составляет 205,5 Мбит/с для 10-битовых кодовых слов и 162 Мбит/с для 8-битовых слов [ 6] . Передача только активной части сигнала изображения (без обратного хода по строкам и кадрам) приведет к еще большему уменьшению требуемой скорости (например, для длины кодового слова 8 бит она составит 124 Мбит/с). Формат 4:1:1 считается более пригодным для стандарта разложения 525/60 (М-NTSC), а формат 4:2:0 - для стандарта 625/50 (B/G-PAL, D/K-SEKAM). Также в Европе проведены работы по стандартизации (EBU Tech.3280-E) процесса кодирования композитного видеосигнала для системы PAL [ 7] , в результате которых принята частота дискретизации, соответствующая четвертой гармонике сигнала цветовой поднесущей. Скорость передачи видеоданных составляет 177 Мбит/с для 10-битовых кодовых слов и примерно 141 Мбит/с для слов длиной 8 бит.
Из приведенного описания следует, что даже с учетом рассмотренных выше упрощений минимальная скорость передачи цифрового видеосигнала по каналам связи составляет 124 Мбит/с. То есть для организации современного многопрограммного телевещания, когда абоненту требуется доставлять, например, 30 ТВ каналов, пропускная способность линий сети абонентского доступа должна быть 4-6 Гбит/с, что пока нереально как с технической, так и с экономической точек зрения. В свете этого практически параллельно с цифровым представлением видеосигнала в мире велись работы по сжатию (компрессии) цифровых видеосигналов, первый этап которых закончился в середине 90-х годов появлением системы стандартов MPEG. Принципы и средства сжатия видеосигнала с использованием пространственной, временной и психофизической избыточности ТВ изображений, энтропийного кодирования, адаптивного квантования, ДИКМ с компенсацией движения и т.д. для внутрикадрового и межкадрового кодирования уже описаны в популярной и специальной технической литературе [8-11], и их анализ не является предметом данной работы.
Система стандартов MPEG определяет принцип компрессии последовательностей динамических изображений для различных областей применения. Система MPEG асимметрична: в ней кодеры гораздо сложней (и дороже) декодеров, поскольку в их задачи входит оценка вектора движения и выбор оптимальной стратегии кодирования, что требует значительных вычислительных мощностей [11]. На данный момент существуют два варианта, пригодных для распределения цифровых видеосигналов в местных сетях связи: MPEG-1 и MPEG-2. Стандарт MPEG-1 ориентирован на системы записи на компакт-диски и низкоскоростные каналы передачи потоков видеоданных и может быть использован для организации новой индивидуальной услуги: мультимедиа. Четкость изображения в нем получается в четыре раза ниже, чем в вещательном телевидении (352х288 отсчетов), а видеоданные передаются со скоростью не более 1,5 Мбит/с (коэффициент сжатия около 100).
Стандарт MPEG-2 (ISO/IEC 13818-2) был специально разработан для кодирования сигналов вещательного телевидения, обеспечивая четкость декодированного изображения в соответствии с Рекомендацией 601 МККР. Сфера применения MPEG-2 охватывает производство телевизионных программ, распределение их с помощью наземных и спутниковых линий связи, системы мультимедиа. Стандарт поддерживает широкий диапазон значений качества: от уровня VHS до телевидения высокой четкости, поэтому в рамках стандарта определена система профилей и уровней (5 профилей и 4 уровня). Стандартной системе вещательного ТВ обычной четкости соответствует вариант: основной профиль/основной уровень (MP@ML), к которому относятся большинство выпускаемых в настоящее время кодеков MPEG-2.
Для данного варианта в ISO/IEC 13818-2 стандартизирована максимальная скорость передачи, равная 15 Мбит/с (коэффициент сжатия порядка 10-20), хотя вещательное качество декодированного видеосигнала достигается уже при скорости 8 Мбит/с, а по экспертным оценкам для распределения в местной сети достаточно иметь скорость 4-6 Мбит/с. С принятием стандарта MPEG-2 работы по видеокомпрессии перешли в практическую сферу, и здесь первым направлением стало спутниковое ТВ вещание [7]. Например, с 1995 г. Проводится 20 канальное опытное вещание по стандарту MPEG-2 через спутник PanAmSAT. В зону охвата входят территории Западной Европы, Ближнего Востока и Северной Африки. Предполагается, что в сети будет более миллиона абонентов. На данный стандарт ориентируются и создаваемые многоканальные системы непосредственного спутникового телевизионного вещания (НСТВ) Канады, Австралии и ряда др. стран. В РФ телекомпания ВГТРК в 1996 г. ввела в опытную эксплуатацию четырехканальную систему НСТВ через геостационарный спутник “Горизонт”; также планируют и начинают вещание по стандарту MPEG-2 другие российские телекомпании. Например, РАО “Газпром” создает собственную отраслевую сеть ТВ вещания через спутник “Ямал”, где по одному стандартному каналу (27 МГц) планируется передавать до четырех ТВ программ [ 12] . К концу этого года телевидением РАО “Газпром” должны быть охвачены около 50 крупных городов Европейской части РФ.
Волоконно-оптические системы с ЧРК. Вторым значительным событием в области распределения сигналов вещательного телевидения и связи считается разработка и начало практического использования в середине 90-х годов многоканальных аналоговых волоконно-оптических систем передачи с частотным разделением каналов (ВОСП с ЧРК), способных одновременно передавать на несущих метрового и дециметрового диапазонов волн десятки телевизионных программ в стандартном вещательном диапазоне, тысячи цифровых телефонных каналов, а также высокоскоростные каналы компьютерной связи. Преимущества данной системы по сравнению с цифровыми ВОСП - в прозрачности канала передачи, т.е. в независимости от формата модуляции, вида передаваемой информации и числа передаваемых каналов, а также в экономичности, получаемой за счет простоты схемотехники аппаратуры линейного тракта и отсутствия необходимости дополнительного преобразования ТВ сигналов в абонентском телевизионном приемнике. Последнее преимущество обеспечивается вследствие использования в ТВ каналах модуляции методом АМ-ОБП, стандартно принятом во всех национальных аналоговых системах вещательного телевидения, т.е. приемная станция ВОСП с ЧРК может быть без каких-либо преобразований подключена к домовой распределительной сети.
Однако необходимость соответствия жестким критериям ГОСТ [ 13] на распределительные сети кабельного телевидения (КТВ) при передаче многоканального сигнала с АМ в общем линейном тракте предъявляет гораздо более высокие требования по сравнению с цифровыми ВОСП к линейности передаточной характеристики и вносимым шумам лазерного излучателя. Для удовлетворения их в ВОСП с ЧРК вместо обычно используемых в цифровых ВОСП лазерных диодов с резонатором Фабри-Перо (ЛФП), как правило, применяют специальные типы полупроводниковых лазеров: высоколинейные лазеры с распределенной обратной связью (ЛРОС). Еще одной проблемой является эффект резкого (до 30 дБ) увеличения шумов лазера при попадании в его резонатор даже очень малых отражений от элементов оптического линейного тракта, например, от оптических разъемов, сварных стыков, ответвителей, собственных неоднородностей волоконного световода, фотодиодов приемных устройств [ 14] . Для устранения этого эффекта в ВОСП с ЧРК на выходе оптического передатчика повсеместно используются оптические изоляторы, а к указанным выше элементам оптического тракта предъявляются специфичные требования по уменьшению отражений, которых нет в цифровых ВОСП.
Известно [ 15] , что к увеличению уровня шумов на выходе ВОСП с ЧРК помимо описанных выше отражений также приводит построение линейных трактов распределительных сетей на основе многомодовых волокон, поэтому в данных системах следует использовать только одномодовые волоконно-оптические кабели, что в настоящее время уже не является проблемой, поскольку стоимость одномодовых световодов стала ниже, чем многомодовых. Еще одним существенным недостатком ВОСП с ЧРК по сравнению с цифровыми ВОСП при одновременной передаче аналоговых и цифровых сигналов является сложность ретрансляции из-за ухудшения отношения сигнал/шум сигналов с АМ, что ограничивает область применения местными распределительными сетями.
Появление систем данного типа в мире дало мощный импульс развития сетей КТВ на базе волоконно-оптической техники. В частности, согласно прогнозу [ 16] в Северной Америке объем продаж волоконно-оптического кабеля для сетей КТВ должен увеличиться в 2,5 раза с 387 млн. долл. США в 1995 г. до 1 млрд. долл. США в 2000 г.
Развитие единых сетей абонентского доступа. На первый взгляд может показаться, что разработка и внедрение цифровых методов передачи ТВ сигналов с использованием глубокого сжатия видеоданных по стандартам MPEG должно положить конец развитию аналоговых волоконно-оптических систем с ЧРК. Однако пока этого не произошло. Причины заключаются в описанных выше достоинствах ВОСП с ЧРК по сравнению с цифровыми ВОСП применительно к местным распределительным сетям. Кроме того, несмотря на впечатляющие успехи цифровой техники из двух основных способов повышения пропускной способности канала передачи информации частотное разделение по прежнему имеет существенное экономическое преимущество перед временным благодаря принципиальной простоте процедур уплотнения, разделения и ввода/выделения каналов. ВОСП с ЧРК также отличает большая гибкость применения, поскольку используемые для переноса информации несущие частоты могут с одинаковым успехом модулироваться как аналоговыми, так и цифровыми сигналами (или обоими вместе), что обеспечивает простую стыковку их с любого типа абонентскими терминалами, а также с сетями высшего уровня на базе цифровых ВОСП или радиорелейных систем. Еще одно преимущество, которое особенно важно в местах с развитыми сетями коллективного приема ТВ, заключается в возможности использования для доставки информации абонентам существующих коаксиальных линий.
Благодаря этому ВОСП с ЧРК получили широкое распространение в магистральных сетях систем КТВ, и в настоящее время в мире на их базе развиваются так называемые интерактивные сети с полным набором услуг (full-service networks). Для иллюстрации масштабов развития, основываясь на материалах журнала Lightwave за вторую половину 1996 г., кратко опишем примеры построения таких сетей в США, где после принятия в 1996 г. нового телекоммуникационного акта, разрешающего передачу в сетях КТВ нетелевизионных сигналов, появились операторы комплексных распределительных сетей связи (multiple-service operator, MSO) и возникла острая конкурентная борьба между операторами местных телефонных сетей и сетей КТВ с вложением в модернизацию существующих и строительство новых сетей десятков миллиардов долларов.
Например, фирма Southern Multimedia Communications, филиал крупнейшего оператора местной телефонной связи US West приступила к проекту модернизации сетей КТВ в штате Джорджия, рассчитанному на 2,5 года. Стоимость проекта 220 млн. долларов. Будет проложено около 12 тыс. миль волоконного и коаксиального кабелей по 8 округам штата. Емкость сети более 1 млн. абонентов, которые дополнительно к телевизионным каналам будут обеспечены телефонной связью. Эта деятельность встречает сопротивление со стороны другого телефонного гиганта компании Bell South, которая традиционно работает в этом районе США, заставляя последнюю срочно модернизировать свои местные сети, и, по оценкам экспертов, затраты только в текущем году составят 4 млрд. долларов.
Принципы построения, структура. Хотя концепция построения местных сетей с подведением оптического волокна в дом (FTTH) предложена еще в 80-х годах, до сих пор в мире развитие таких сетей не вышло за пределы опытных зон с ограниченным числом абонентов. Типичным примером служат работы, проводимые независимыми телефонными компаниями в сельской местности на Среднем Западе США [17]. Зоны охвата не превышают 100 фермерских домов, предполагаемая стоимость затрат: 350-500 дол. на 1 абонента за телефонное обслуживание, 600-700 дол. за дополнительную передачу телевидения и 400-500 дол. за другие дополнительные услуги, т.е. полный набор услуг на 1 абонента сети стоит 1350-1700 дол., что считается слишком дорого даже в Америке.
Именно из экономических соображений с целью использования существующих распределительных сетей КТВ абонентские станции ВОСП пока не устанавливаются в каждом доме, а обслуживают группу домов. Далее информация передается в обоих направлениях по распределительным сетям традиционных систем КТВ, вследствие чего в последнее время в мире получили развитие (см. примеры выше) сети абонентского доступа так называемой гибридной структуры (HFC) с использованием волоконно-оптических и коаксиальных кабелей. Экономическая эффективность данного решения уже подтверждена на практике в различных странах и оценена авторитетными экспертами. Например, директор по связи компании US West Multimedia С. Ланг считает [18]: “Модернизация местных сетей с использованием гибридной структуры может быть оправдана уже при передаче только каналов телевизионного вещания, а дополнительное введение телефонии, высокоскоростных каналов Internet и, в конечном итоге, интерактивного телевидения еще больше увеличит отдачу”.
Принципы функционирования такой единой сети абонентского доступа (ЕСАД) на базе волоконно-оптических и коаксиальных кабелей могут быть проиллюстрированы с помощью рис. 1.
Из аналоговых и цифровых сигналов всех указанных в левой части рисунка источников информации с помощью соответствующих интерфейсных блоков и сумматора формируется многоканальный ВЧ сигнал с ЧРК (комплексный информационный пакет, КИП), который после электрооптического преобразования распределяется по интерактивной волоконно-оптической сети, а затем после обратного оптико-электрического преобразования - по интерактивной коаксиальной сети. В каждой абонентской точке (квартира, отдельный дом) устанавливается абонентская приставка, содержащая цифровые ВЧ модемы для сигналов различных служб, декодеры MPEG, кодеки, дешифратор платного ТВ и т. д. В ЕСАД поддерживаются любые аналоговые и цифровые интерфейсы, благодаря чему обеспечиваются универсальность и простота сопряжения с магистральными, зоновыми или же другими местными сетями связи (проводными, эфирными, наземными, спутниковыми, аналоговыми, цифровыми), различными локальными и глобальными сетями передачи данных (LAN, MAN, Internet) и т. д., а также простота введения новых услуг, что осуществляется без замены оборудования линейного тракта.
Показанная на рис. 1 схема подачи сигналов с установкой у абонента специальной приставки может быть названа классической, и ее назначение - доставка отдельному абоненту формируемой по его заказу информации, как например, сигналов сети Internet, заказных видео- и радиопрограмм, компьютерных игр. Этот путь является единственно возможным при обслуживании семей, живущих в отдельных домах (например, в сельских районах, коттеджных поселках). Однако в условиях многоквартирных домов, в которых проживает большинство населения городов и пригородов страны, более экономичным является вариант с разделением видов услуг. А именно, вышеуказанная обработка сигналов однонаправленных вещательных услуг (телерадиовещание, проводное звуковое вещание) и массовых двунаправленных услуг (телефонная связь) выносится из квартир абонентов в единственный на дом (или на подъезд) пункт домового ввода (ПДВ - см. рис. 2), после которого сигналы каждой службы доставляются абонентам по своим обычно уже существующим домовым сетям. В ПДВ может также по собственной или коаксиальной сети собираться различная коммунальная сигнализация (показания счетчиков электроэнергии, воды, отопления, сигналы пожарной, охранной, вентиляционной систем и т.д.), которая далее передается по ЕСАД в соответствующие муниципальные организации и в местный центр коммунального обслуживания. При этом остальные показанные на рис. 1 индивидуальные услуги могут дополнительно доставляться абоненту по “классической” схеме с использованием коаксиальной домовой разводки.
Таким образом структурная схема ЕСАД (см. рис. 2) должна содержать следующие основные элементы: местный сетевой узел (МСУ), магистральную волоконно-оптическую сеть, абонентские станции (АС), субмагистральные коаксиальные сети, пункты домового ввода (ПДВ), отдельные домовые распределительные сети и абонентские точки, включающие абонентские приставки (при необходимости) и различные АТ.
Распределительная сеть управляется местным сетевым узлом, к которому подводятся сигналы сетей высших уровней, например, магистральных, зоновых сетей связи, других локальных сетей различного назначения, эфирных сетей наземного и спутникового телерадиовещания, сети проводного вещания, распределительной сети MMDS и т.д. Кроме того, с помощью МСУ обеспечивается связь с районной АТС (по первичным цифровым стыкам) и с местной телестудией.
Структурная схема оборудования местного сетевого узла приведена на рис. 3. Пришедшие аналоговые ТВ сигналы видео- и радиодиапазонов конвертируются, модулируются в формате АМ-ОБП и усиливаются с помощью головной станции КТВ в соответствии со стандартным частотным планом вещательного ТВ [19], цифровые потоки переносятся в радиочастотный диапазон при помощи цифровых ВЧ модемов, скорость передачи которых зависит от характера передаваемой информации и может быть в пределах от единиц кбит/с до 8 Мбит/с. Сигналы многопрограммного проводного звукового вещания могут передаваться, как в аналоговой форме с помощью специального модулятора (см. рисунок), так и в цифровой, в общем цифровом потоке.
После обработки все ВЧ сигналы складываются, формируя многоканальный сигнал с ЧРК, и поступают на входы оптических передатчиков узловой станции (УС) ВОСП, причем вещательные каналы подаются параллельно на входы всех передатчиков, а адресные интерактивные каналы связи - только на вход передатчика соответствующего оптического ствола. В состав УС ВОСП также входят оптические приемники обратного направления (от абонента). Цифровые ВЧ модемы также могут быть использованы для телеконтроля сети (мониторинг работоспособности оборудования группового и линейного трактов, дистанционное переключение на резервные комплекты) из центра управления сетью (ЦУС), который может располагаться, как на МСУ, так и в отдельном помещении, связываясь с МСУ по цифровой соединительной линии. Кроме того, задача разделения функций коммутации и предоставления услуг согласно концепции Интеллектуальной сети [1] может быть частично решена в ЕСАД на местном уровне путем введения в цифровом групповом тракте МСУ коммутационно-транзитной станции (КТС), которая обслуживает внутренний цифровой трафик, существенно снижая нагрузку коммутатора РАТС, и обеспечивает передачу запросов абонентов в местный центр услуг мультимедиа (ЦУМ).
Наличие КТС обеспечивает эффективный ввод новой индивидуальной услуги: мультимедиа, под которой подразумевается адресная подача по запросу абонента на его АТ пяти видов информации [1]: речи, текста, данных, неподвижных изображений и компьютерной анимации, видеосигналов - например, различных справок, программ учебного, информационного и развлекательного (компьютерные игры, видеофильмы) характера и т.д. При такой схеме построения сети может быть, например, создана система мультимедиа, в которой у абонента не требуется наличия какого-либо дополнительного устройства (либо требуется несложное устройство), что обеспечит массовость распространения услуги. А именно, запрос абонента осуществляется по квартирному телефону и адресуется ЦУМ, который связан с КТС (см. рис. 3), например, по шине RS-232C. Ответ ЦУМ отображается на экране телевизора абонента в виде картинки меню. Абонент выбирает требуемые раздел и пункт меню с помощью кнопок своего телефонного аппарата, который приобретает функции дистанционной компьютерной мыши. Выбранная программа по сети подается на телевизор абонента, а его телефон отключается от ЦУМ. Видеопрограмма в зависимости от числа абонентов сети мультимедиа может передаваться по ТВ радиоканалу, как в стандартной аналоговой форме, так и в сжатом цифровом виде, например, по системе MPEG-1. Последний способ более перспективен, поскольку обеспечивается сужение полосы радиоканала от 4 до 16 раз, однако у абонента требуется установка дополнительных устройств, что удорожает услугу. Также допустимы две схемы ответа ЦУМ: с фиксированным и незакрепленным радиоканалом. Первая схема, когда каждому абоненту сети мультимедиа выделяется определенный ТВ радиоканал (или часть его), целесообразна при сравнительно небольшом числе абонентов. При работе по второй схеме ответ ЦУМ передается по свободному в данный момент ТВ радиоканалу (или его части), что обеспечивает более эффективное использование выделенной частотной полосы при большом числе абонентов, однако требует введения функций опознавания канала, как на МСУ, так и у абонента.
Как следует из рис. 2, узловая станция МСУ связана с абонентскими станциями посредством магистральной волоконно-оптической сети. Основной ее отличительной чертой в ЕСАД по сравнению с цифровыми волоконно-оптическими сетями связи высших уровней является пассивность, благодаря чему легко обеспечивается требуемое в данных сетях свойство интерактивности, т.е. наличие двух направлений передачи информации: прямого (исходящего) и обратного (входящего). Причем в каждом из направлений в соответствии с выполняемыми задачами сеть имеет различную конфигурацию, которая реализуется путем использования других волокон одного и того же волоконно-оптического кабеля. А именно, в прямом направлении передаваемый комплексный информационный пакет содержит безадресные каналы вещания, поэтому сеть имеет разветвленную структуру с отводами при помощи волоконно-оптических разветвителей. Однако из соображений живучести сети, поскольку в состав КИП также входят адресные каналы связи, а также с учетом многоволоконной конструкции оптических кабелей в ЕСАД обычно не применяется традиционная для распределительных сетей КТВ древовидная конфигурация, которая в данном случае заменена на многоствольную структуру, например, радиальную или радиально-узловую.
В обратном направлении по сети передаются только цифровые потоки сравнительно небольшой скорости (входящие телефонные каналы, коммунальная сигнализация), что не предъявляет таких высоких требований к параметрам лазерного излучателя, как при передаче многоканального аналогового сигнала в прямом направлении. Поэтому с целью уменьшения стоимости оборудования абонентской станции в данном случае применяется простейшая конфигурация сети типа “точка-точка”, т.е. передатчик обратного канала каждой АС связан посредством собственного волокна с соответствующим приемником УС.
Помимо указанных выше сетевых структур для передачи сигналов в прямом направлении перспективной с точки зрения увеличения живучести сети является так называемая радиально-кольцевая конфигурация [20], которая физически представляет собой кольцо, а структурно - радиальную схему с двойной избыточностью и раздельной трассой прокладывания рабочего и резервного волокон. Сопоставим все три структуры на конкретном примере, показанном на рис. 4. Предположим, что с помощью волоконно-оптической сети требуется передать сигналы КИП от МСУ на четыре АС, взаимное расположение которых показано на рис. 4,а. Варианты сетевых структур с использованием радиальной, радиально-узловой и радиально-кольцевой конфигураций приведены соответственно на рис. 4,б,в,г.
Как видно из рисунка, первая схема наиболее проста, но наименее экономична, поскольку требует максимальной протяженности волоконно-оптического тракта, и не слишком надежна, т.к. при обрыве одной из линий связь с АС на ее конце полностью прекращается. Еще меньшей надежностью обладает вторая схема, поскольку при обрыве, например, линии между МСУ и АС2 нарушается связь сразу с тремя АС. Однако радиально-узловая конфигурация наиболее экономична вследствие наименьшего расхода волоконно-оптического кабеля. Наилучшей надежностью при умеренных затратах обладает радиально-кольцевая схема, дополнительным преимуществом которой является эффективное использование волокон многоволоконного оптического кабеля.
Поясним это на примере рис. 4. Очевидно, что для реализации схем рис. 4,б,в требуется четыре отрезка волоконно-оптического кабеля, в каждом из которых используется всего по одному волокну (и по одному в обратном направлении). В отличие от этого в схеме рис. 4,г применяется один четырехволоконный кабель, каждое волокно которого подводится к соответствующей АС. Для формирования радиальной структуры оптический сигнал на выходе МСУ разветвляется во все четыре волокна кабеля с помощью оптического разветвителя типа 1:4. В нормальном режиме все АС запитываются в одном направлении, однако при обрыве в какой-либо ветви сети, приводящем к сбою в первых двух схемах, в данном случае реализуется преимущество кольцевой структуры, позволяющей передавать сигналы к АС в противоположном направлении. Причем вследствие малого затухания оптического сигнала в световодах изменение длины оптического тракта будет незначительно сказываться на основных параметрах ВОСП.
Разумеется, что повышение живучести сети достигается за счет ухудшения экономических характеристик, т.к. в интерактивной сети число волокон в кабеле должно быть вдвое больше, чем абонентских станций. Тем не менее, по мнению экспертов [21] только при волоконно-оптическом тракте с двойной избыточностью гибридные волоконно-коаксиальные сети будут удовлетворять стандартам Bellcore по надежности систем телефонной связи.
Основными задачами магистральной волоконно-оптической сети являются улучшение качества доставляемых АС аналоговых ТВ каналов и обеспечение функций передачи в сети большого числа дуплексных цифровых потоков. Для этого зона охвата ЕСАД разбивается на ряд более мелких подзон, конкретное число абонентов в каждой из которых зависит от взаимного расположения, этажности домов, параметров и условий прокладки коаксиального кабеля. Следовательно выбор схемы волоконно-оптической сети должен осуществляться при проектировании ЕСАД с учетом вышеперечисленных рекомендаций, а также принятого частотного плана и экономических соображений, однако в соответствии с уже сложившейся мировой практикой рекомендуется, чтобы в каждой подзоне находилось от 500 до 1500 абонентов.
Согласно рис. 3 магистральная волоконно-оптическая сеть оканчивается абонентскими станциями (АС), которые являются источниками сигналов в каждой подзоне. Следовательно в состав АС входят: оптический приемник прямого направления, оптический передатчик обратного направления, дуплексный радиочастотный усилитель, обеспечивающий стыковку АС с субмагистральной коаксиальной сетью данной подзоны. Важным элементом АС в соответствии с требованиями к надежности систем телефонной связи является источник гарантированного питания с герметизированными необслуживаемыми аккумуляторными батареями, от которого в случае аварии силовой сети должна дистанционно запитываться по коаксиальным кабелям вся аппаратура подзоны (усилители, пункты домового ввода).
Назначением субмагистральной коаксиальной сети ЕСАД является двусторонняя связь АС со всеми пунктами домового ввода данной подзоны. Структура ее в основной соответствует традиционным сетям КТВ, т.е. содержит магистральные и домовые усилители и магистральные ответвители. Однако имеются некоторые существенные отличия:
Рассмотрим подробнее групповой тракт передачи цифровых телефонных каналов, поскольку это представляет наибольший интерес. Для организации наложенной цифровой телефонной сети на МСУ нужно установить цифровые ВЧ модемы (как правило, на скорость 2,048 Мбит/с; стык Е1 согласно рекомендации ITU-Т G.703) максимум в количестве, соответствующем числу домов в зоне охвата ЕСАД. Каждый из модемов МСУ по общей сети связан с настроенным на его несущие модемом ПДВ. В последнем цифровой сигнал демодулируется и поступает в ВАМ, с помощью которого осуществляется демультиплексирование цифрового потока и при необходимости цифро-аналоговое преобразование телефонных сигналов. ВАМ некоторых цифровых телефонных систем, например, системы 1000S12 фирмы Alcatel, системы СЦРС ОАО “ЦКБ-Связь”, имеют встроенные функции регенерации сигналов, образуя так называемую структуру многократного доступа с использованием в шлейфе до 4-8 устройств, что позволяет существенно уменьшить количество телефонных модемов в ПДВ и на МСУ, однако требует дополнительной прокладки симметричного кабеля между домами для соединения этих ВАМ.
Частотный план. На сегодняшний день в России для вещательного телевидения существует только частотный план по системе D/K [ 19] , согласно которому для телевизионного вещания отведены полосы 48,5-230 МГц в метровом диапазоне волн и 470-790 МГц в дециметровом диапазоне. Свободные полосы 66-74 МГц и 100-108 МГц используются для совместной передачи сигналов ОВЧ-ЧМ радиовещания. По мере развития кабельного телевидения в план были дополнительно введены [ 13] так называемые специальные каналы (СК) в незанятых полосах 110-174 МГц и 230-294 МГц. Кроме того, для передачи внутрисистемных сигналов в сетях КТВ была установлена полоса обратного канала 5-30 МГц [ 13] . Действующий в настоящее время отечественный частотный план содержит всего 68 ТВ каналов, из них: 28 - в метровом диапазоне и 40 - в дециметровом диапазоне. Для выполнения требований по электромагнитной совместимости при совместной работе со средствами радиосвязи, например, с системами подвижной радиосвязи, в частотном плане современных систем телевизионного вещания осталась свободной полоса 294-470 МГц между метровым и дециметровым диапазонами, которую с учетом нечувствительности волоконных световодов к электромагнитным наводкам, а также существенно более высокой помехозащищенности применяемых для передачи цифровых потоков методов модуляции представляется рациональным использовать в ЕСАД. Кроме того, принятая в ЕСАД гибридная структура сети с использованием на нижних уровнях коаксиальных кабелей диктует необходимость соответствия ее частотного плана стандартным частотным полосам систем КТВ, поэтому в обратном (входящем) направлении цифровые каналы (телефонная, компьютерная связь, телесигнализация) должны быть размещены в отведенной согласно ГОСТ полосе 5-30 МГц.
Предлагаемый частотный план дуплексной передачи цифровых каналов с учетом защитных интервалов между полосами содержит в прямом (исходящем) направлении передачи до 75 цифровых каналов, в обратном (входящем) до 12 каналов. Данный частотный план построен для передачи цифровых потоков Е1 (2,048 Мбит/с), что является типовым для современных цифровых систем телефонной связи, при использовании наиболее часто применяемой в гибридных распределительных сетях [ 18] четырехпозиционной фазоразностной модуляции, что вызвано простотой схемы и широким распространением этого вида модуляции в разработанных ранее цифровых системах радиосвязи. При необходимости передачи цифровых потоков с другой скоростью и с другим видом модуляции ширина полосы одного канала и количество каналов в обоих направлениях могут быть скорректированы при сохранении в неизменном виде общей ширины отведенных частотных полос. В обратном направлении два нижних канала (полоса 5-9 МГц) рекомендуется отвести для передачи низкоскоростных данных (муниципальная и внутрисистемная телесигнализация, компьютерная связь и т.д.), а остальные 10 каналов - для передачи потоков телефонной связи. Отметим, что частотный план обратного направления касается только субмагистральной коаксиальной сети данной подзоны, поскольку принятая в ECAД схема передачи обратных каналов по отдельному волокну (см. выше) предоставляет возможность расширения полосы передачи в обратном направлении по сравнению со стандартной (обычно до 200 МГц) благодаря более широкой рабочей полосе модулирующих частот применяемых ВОСП, что может осуществляться посредством частотного сдвига полосы обратных цифровых ВЧ каналов на АС. При введении услуги мультимедиа передача цифровых видеосигналов абонентам может также осуществляться в полосе 300-450 МГц (при условии, что ее воспринимают абонентские ПТВ), кроме того, для данной службы могут быть отведены не занятые ТВ каналами полосы.
Предложенный частотный план ЕСАД полностью совместим с действующим в стране частотным планом системы вещательного телевидения, что обеспечивает возможность ее широкого внедрения уже в современных местных сетях связи.
При рассмотрении данного частотного плана обнаруживается ряд его недостатков, основным из которых является слишком узкая полоса обратного направления, не позволяющая в широких пределах вводить новые интерактивные услуги (например, медицинский видеомониторинг, интерактивное телевидение, телеконференцсвязь). Однако в рамках действующего частотного плана системы вещательного телевидения возможностей для ее расширения нет, поскольку полосу 48,5-100 МГц традиционно занимают первые пять ТВ каналов и каналы ОВЧ-ЧМ радиовещания. С другой стороны современные тенденции по вхождению России в мировое информационное пространство заставляют думать об увязывании отечественных частотных планов с принятыми в Европе диапазонами вещания и связи. В частности, почти повсеместно для ОВЧ-ЧМ вещания принят диапазон 88-108 МГц, что не соответствует отечественному (66-74 и 100-108 МГц). Думается, что в недалеком будущем вследствие широкого распространения в Европе систем стереофонического радиовещания и четких перспектив развития цифрового звукового вещания[ 2] , а также в связи с современной ситуацией в стране с отраслью радиовещания [ 1] такой переход должен произойти. При этом эфирное радиовещание в полосе 66-74 МГц может быть сохранено для автолюбителей, а новый диапазон можно будет использовать также для распределения в кабельных сетях.
Следовательно, пожертвовав (или оставив только для эфирного телевещания, что возможно ввиду уже упоминавшейся высокой помехозащищенности ЕСАД при передаче цифровых сигналов) первыми пятью ТВ каналами, можно разработать совместимый с принятыми или считающимися перспективными в Европе частотными диапазонами вещания и связи новый частотный план для будущих ЕСАД, который показан на рис.5.
Согласно рисунку верхняя частота передачи в обратном направлении увеличивается до 65 МГц (определена из соображений совместимости с уже упомянутыми радиовещательным диапазоном 66 -74 МГц), причем в диапазоне 5-65 МГц полоса 5-9 МГц, как и раньше, отведена для передачи низкоскоростных данных (до 0,5 Мбит/с), полоса 9-10 МГц - для обратной передачи пилот-сигналов, что является стандартно принятым способом проверки работоспособности систем КТВ, полоса 10-65 МГц - для передачи высокоскоростных данных (свыше 0,5 Мбит/с).
Для прямого направления передачи ЕСАД отведен диапазон 80-862 МГц. Причем полоса 80-81 МГц предназначена для передачи пилот-сигналов, полоса 82-86 МГц - для внутрисистемных и других низкоскоростных цифровых каналов, полоса 88-108 МГц - для распределения программ ОВЧ-ЧМ и проводного звукового вещания и, наконец, полоса 110-862 МГц - для совместного распределения аналоговых и цифровых телевизионных и речевых сигналов (телевизионное и звуковое вещание, телефония, мультимедиа, Интернет и т.д.). В последней полосе аналоговые ТВ каналы могут быть закреплены, а для остальных используются свободные полосы в частотном плане каждой конкретной ЕСАД. В предложенном плане учитываются три участка (см. рис. 5) возможного возникновения повышенных помех от служб радиосвязи. Это - узкая полоса в районе 27 МГц (так называемый городской диапазон, CB), полоса в районе 150 МГц, отведенная для пейджинговой связи и полоса 450-470 МГц, в которой работают сотовые системы радиосвязи стандарта NMT-450. Кроме того, если диапазон 108-125 МГц будет принят для цифрового радиовещания, в нем также можно ожидать превышения допустимого уровня помех.
Требования к оборудованию группового и линейного трактов. Среди элементов структурной схемы МСУ (рис. 3) оборудование соединительных линий представляет собой обычные приемопередатчики цифровых ВОСП, в коммутационно-транзитной станции могут быть использованы выносы цифрового коммутатора на тысячу абонентов либо специально разработанное устройство, например, КТУ цифровой телефонной системы СЦРС ОАО “ЦКБ-связь”. Также применяется обычная головная станция КТВ. Правда в данном случае возникает ситуация, когда на выходе ГС должны быть сформированы десятки независимых ТВ радиоканалов. Использование для этой цели широко распространенных в настоящее время канальных модуляторов, настроенных на один определенный ТВ радиоканал и канальных конверторов, преобразующих определенный входной ТВ радиоканал в определенный выходной, экономически не оправдано, поскольку приводит к увеличению требуемого числа единиц оборудования из-за необходимости резервирования каждого рабочего канала. Более оптимальным вариантом является применение устройств, перестраиваемых во всем или части ТВ диапазона [ 22] .
Для модуляции/демодуляции цифровых потоков могут быть использованы известные в радиосвязи цифровые методы: ИКМ-АМ, ИКМ-ЧМ, ИКМ-ФРМ, МЧМ, КАМ и т.д. Оптимальные формат и число позиций модуляции зависят от развития сети, требуемой скорости передачи, количества абонентов, экономических соображений и т.д. и выбираются при проектировании сети. Анализ различных существующих и перспективных источников сигналов показывает, что скорость передачи модемов должна находиться в пределах от 9,6 кбит/с до 8 Мбит/с. Для передачи низкоскоростных сигналов данных обычно рекомендуется использовать простую ИКМ-ЧМ, для более высоких скоростей - четырехпозиционную ИКМ-ФРМ, 16-позиционную КАМ. Кроме того, в связи с отсутствием атмосферных помех и замираний в ЕСАД с умеренным числом абонентов могут найти применение наиболее экономичные модемы с ИКМ-АМ. Так же, как и устройства ГС, модемы должны перестраиваться по ВЧ во всей рабочей полосе в соответствии с предложенным частотным планом, а в дальнейшем - в соответствии с планом рис.5.
Требования к входящей в состав узловой станции аппаратуре аналоговых ВОСП с ЧРК, которые в современных системах абонентского доступа обычно работают в спектральном диапазоне 1,3 мкм, определяются условиями минимизации шумов и интермодуляционных искажений при передаче многоканального радиосигнала [ 14] . Особенностью передачи аналоговых телевизионных сигналов с АМ-ОБП является то, что отношение сигнал/шум на выходе системы должно быть на уровне 48-50 дБ, что гораздо выше по сравнению с цифровыми системами. Эта величина достигается за счет высоких требований к собственным шумам лазера, относительный уровень которых должен быть не более -150 дБ/Гц, а также посредством жесткого ограничения величины отражений оптического сигнала от элементов волоконно-оптического тракта, которые должны быть не более -45...-50 дБ [ 14] . Высокое отношение сигнал/шум заставляет увеличивать глубину модуляции на канал, что при передаче многоканального сигнала с помощью такого сугубо нелинейного прибора, как полупроводниковый лазер, приводит к возникновению интермодуляционных искажений, вызывающих как и в активных радиотехнических приборах, помехи комбинационных частот, относительный уровень которых согласно [ 13] не должен превышать -54 дБ для помех любого порядка. Еще одной особенностью ВОСП при передаче аналоговых телевизионных сигналов является гораздо более высокий по сравнению с цифровыми ВОСП порог чувствительности оптического приемного устройства, составляющий 0,3-0,7 мВт, что при необходимости создания разветвленной волоконно-оптической сети заставляет увеличивать требования к выходной мощности оптического передатчика, которая в современных системах достигает 15-16 мВт (ср. с 0,5-1 мВт в цифровых ВОСП). При этом энергетический потенциал системы все равно составляет не более 15 дБ, что обеспечивает передачу на 28-30 км при неразветвленном волоконно-оптическом тракте, либо возможность построения сети радиальной или радиально-узловой конфигурации с максимум 10 АС на каждый ствол.
Специфической особенностью элементов пассивного одномодового волоконно-оптического тракта ЕСАД: оптических разъемов, аттенюаторов, волоконно-оптических разветвителей, сварных стыков и т.д. - являются жесткие требования по отражениям, что заставляет совершенствовать их конструкцию и систему ввода/вывода сигналов. Еще одной особенностью применения, возникающей вследствие сравнительно небольшого энергетического потенциала ВОСП с ЧРК, считаются более жесткие требования к вносимым потерям. В частности, в ЕСАД должны применяться оптические разъемы со скошенным физическим контактом (типа FC/APC, SC/APC) и потерями на стык не более 0,2 дБ. Оптические разветвители для ЕСАД должны иметь следующие параметры: собственные потери не более 0,2 дБ, погрешность коэффициента разветвления не более ± 2,5 %, обратное отражение не более -50 дБ.
Требования к оптическим приемным и передающим устройствам абонентской станции также определяются передачей ТВ сигналов с ЧРК. А именно, в приемном устройстве прямого направления должен применяться специальный фотодиод с уровнем отражения по входу не более -50 дБ. Благодаря принятой в ЕСАД конфигурации оптической сети в обратном направлении (см. выше) выходная мощность оптического передатчика на АС значительно меньше, чем на УС и должна быть около 1 мВт. Кроме того, передача в обратном направлении только цифровых каналов существенно облегчает требования к шумам и линейности лазерного излучателя, что позволяет использовать более дешевые обычные лазеры с резонатором Фабри-Перо. Выходной усилитель АС должен работать в линейном режиме в полосе 48-800 МГц и увеличивать уровень сигнала с выхода оптического приемного устройства до значений, достаточных для распределения по субмагистральной коаксиальной сети (обычно 95-100 дБмкВ).
Специфичной чертой оборудования субмагистральной сети ЕСАД: коаксиального кабеля, ответвителей, магистральных и домовых усилителей - по сравнению с существующими в нашей стране системами КТВ является работа в гораздо более широкой полосе (верхняя частота соответственно 800 МГц и 230 МГц), что предъявляет жесткие требования к потерям в кабеле и неравномерности коэффициента передачи, которая для ответвителей и усилителей не должна превышать 3-4 дБ во всей рабочей полосе.
Цифровые ВЧ модемы пункта домового ввода должны удовлетворять тем же требованиям, что и вышеописанные модемы местного сетевого узла.
Сравнение с другими существующими системами абонентского доступа. В настоящее время помимо описанных выше гибридных распределительных сетей в мире действуют другие системы доставки сигналов абонентам, основанные на доступе, как с помощью проводных, так и радиосредств. К последним, по распространенности, прежде всего относится непосредственное спутниковое телевизионное вещание (НСТВ), обеспечивающее доставку абоненту с находящихся на геостационарной орбите спутников до 30-40 ТВ и РВ программ в настоящее время и до 175 программ в будущем. Прием ведется в диапазоне 11-12 ГГц на специальное абонентское устройство, содержащее параболическую антенну диаметром от 0,6 до 2 м (в зависимости от условий приема), конвертор и тюнер. Вследствие отличия метода модуляции от принятого в наземном вещании выходные сигналы данного устройства (видео и звук) подаются либо на НЧ входы стандартного абонентского ПТВ либо на его ВЧ вход через дополнительный АМ модулятор. Даже из этого краткого описания видно, что НСТВ требует достаточно дорогого абонентского устройства, к тому же прием осуществляется на относительно большую параболическую антенну и весьма затруднен в условиях плотной многоэтажной городской застройки. Следовательно скорее всего, несмотря на развитие в РФ собственных систем НСТВ (“НТВ+”, описанные выше системы вещания ВГТРК, РАО “Газпром”), этот метод получит большее распространение в районах одноэтажной застройки: сельская местность, пригородные коттеджные поселки и т.д., а в городах более оптимальным путем является коллективный прием сигналов НСТВ с помощью головных станций с последующим распределением по сетям КТВ либо рассмотренным здесь ЕСАД.
Распределение сигналов НСТВ также осуществляется средствами радиодоступа с помощью появившихся в США еще в 70-х годах многоканальных систем MMDS. В отличие от НСТВ системы MMDS работают в диапазоне 2,1-2,9 ГГц (в РФ 2,5-2,7 ГГц), обеспечивая подачу каждому абоненту сети до 24 ТВ каналов в системе D/K. Прием ведется также с использованием специального абонентского устройства (приемная антенна, конвертер), которое в связи с более низкочастотным рабочим диапазоном и совместимым с вещательным ТВ методом модуляции существенно проще и дешевле, чем в НСТВ. Основным достоинством систем MMDS является малое, по сравнению с проводными системами, время развертывания (т.е. более быстрый возврат средств), недостатками - необходимость обеспечения условий прямой видимости с передающей станцией, что затрудняет ее использование в городских местностях, большая требуемая мощность передатчика с АМ, относительно высокая (например, по сравнению с системами КТВ) стоимость, однонаправленность, что не позволяет дополнительно вводить интерактивные услуги.
Для повышения экономической эффективности рядом компаний предлагается коллективный прием сигналов MMDS на базе произведенной в США аппаратуры с установкой общей антенны на крыше многоквартирного дома и распределением после конвертирования (например, в ДМВ диапазон) по коаксиальной домовой разводке. Тем не менее широкое распространение такого метода в нашей стране представляется весьма проблематичным, поскольку по сути это обычная эфирная система коллективного приема типа “антенна на дом”, которая в отличие от США, где основным способом доставки ТВ каналов является проводной, давно известна и повсеместно применяется в РФ. Однако по сравнению, например, с общепринятой у нас системой коллективного приема непосредственно в дециметровом диапазоне при использовании MMDS получается существенно большая (в 3-4 раза) стоимость оборудования и в 16 раз большее ослабление радиоволн в свободном пространстве. Меньшие же габариты приемной антенны MMDS в условиях коллективного приема уже не являются решающим фактором.
Кроме того, в качестве проводных средств абонентского доступа получили достаточное распространение цифровые локальные сети (ЦЛС) на базе волоконно-оптических и симметричных кабелей, которые обычно строятся по конфигурации FTTC (Fiber-to-the-curb) с использованием протоколов ISDN, Ethernet, ATM, Frame relay, ADSL и т. д.
Сравнительная оценка рассмотренных систем по возможностям доставки различных традиционных и новых услуг связи и стоимости на 1 абонента приведена в табл. 1.
Таблица 1
| Аналог. ТВ вещание | Цифровое ТВ вещание | Двунапр. передача данных | Коммутир. цифровые видеосигналы | Мульти-
медиа |
Цифровая телефонная связь | Приведенная стоимость, дол. США | |
| НСТВ |
|
|
|
|
|
|
|
| MMDS |
|
|
|
|
|
|
|
| ЦЛС |
|
|
|
|
|
|
|
| ЕСАД |
|
|
|
|
|
|
|
1 Данная цифра взята из [ 1] и представляет собой долю местной сети в стоимости ввода одного телефонного аппарата без учета стоимости РАТС. Разумеется, что она может существенно увеличиться при дополнительном введении других услуг табл. 1.
Заключение. Как известно, местные сети из-за близости к абоненту представляют собой наиболее ответственный и дорогостоящий участок сети электросвязи, вследствие чего экономичности и надежности строительства “последней мили” всегда уделялось особо пристальное внимание.
Хотя различные эксперты единодушны в мнении, что уже в 21 веке электросвязь будет полностью цифровая, их прогнозы о сроках подведения цифровой информации непосредственно в квартиру абонента существенно отличаются. Основные причины этому - в техническо-экономических проблемах доставки в цифровой форме столь больших информационных потоков, а также в том, что на сегодня основные абонентские терминалы повсеместно являются аналоговыми.
В переходный период местные распределительные сети должны иметь структуру и использовать системы передачи, совместимые и с новыми цифровыми, и с традиционными аналоговыми абонентскими терминалами. В качестве такой сетевой структуры в статье предложена и описана единая сеть абонентского доступа. Достоинства такого способа построения местных сетей заключаются в простоте и экономичности, а также в возможности использования существующих распределительных сетей кабельного телевидения. При этом практически реализуется давно вынашиваемая связистами концепция единого домового слаботочного ввода с одновременной передачей в обоих направлениях комплексного информационного пакета, содержащего десятки аналоговых и цифровых (передаются со сжатием) телевизионных каналов и каналов звукового вещания, тысячи цифровых каналов телефонной и компьютерной связи, сигналы телеконтроля, муниципальных служб, экстренной связи и т.д. Сети имеют открытую архитектуру, что позволяет накладывать или объединять их с другими локальными и глобальными сетями различного назначения, создавая в городах взаимоувязанную информационную сеть, например, муниципального района, обеспечивающую полнодоступную связь абонентов района с муниципальными органами, организациями и службами, предприятиями образования, здравоохранения, торговли и т.д. Описанные в статье очевидные технико-экономические преимущества, возможность одновременной доставки любых видов услуг электросвязи и широкие перспективы распространения данного способа в развитых зарубежных странах дают основание надеяться, что уже в ближайшие годы единые сети абонентского доступа будут играть основную роль при построении и модернизации местных сетей ВСС РФ.
ЛИТЕРАТУРА