: архив : архив журнала "625" : 2003 : #03

Повышение эффективности спутниковых мультисервисных телекоммуникационных сетей
Александр Каневский

Характерной особенностью развития телекоммуникационных сетей в настоящее время является расширение их функциональных возможностей и возрастание требований к передаче разных видов информации (видео, голос, данные) посредством единых систем связи. Поэтому все четче проявляется тенденция к предоставлению пользователю всех видов телекоммуникационных услуг (мультисервис) на базе единой технологической платформы. Это позволит добиться расширения набора сетевых услуг, снижения себестоимости создания и эксплуатации сети, повышения качества обслуживания и др. Однако обеспечение такого сервиса требует создания телекоммуникационных сетей с высокой пропускной способностью, которая позволяла бы передавать все возрастающие объемы цифровых потоков, представляющих собой интегрированные пакеты видео, голоса, данных, факсимильных сообщений, мультимедийной и другой информации.

В последнее время активно обсуждается вопрос создания спутниковой мультисервисной телекоммуникационной сети Дальневосточного федерального округа (СМТС-ДФО). Проект предусматривает создание инфраструктуры для обеспечения населения Дальневосточного федерального округа современными телекоммуникационными услугами: от многопрограммного телерадиовещания до доступа в Интернет. Этот проект ориентирован, прежде всего, на распространение телерадиопрограмм, включая местные, а также обеспечение связи с труднодоступными и малонаселенными районами округа, где слабо развита телекоммуникационная инфраструктура. Реализация проекта также создаст условия для предоставления широкого спектра современных телекоммуникационных услуг (телерадиовещания, телефонии, передачи данных, мультимедийной связи) многим корпоративным пользователям на территории Дальневосточного федерального округа. Такая многосторонняя задача потребует применения наиболее эффективных методов использования частотно-энергетического ресурса космического сегмента.

Системный проект разработан ООО "Свит" с привлечением ОАО "Гипросвязь", НИИР, ЗАО "Востокинфокосмос" и др. в соответствии с техническим заданием, утвержденным ФГУП "Космическая связь".

На первом этапе создания СМТС-ДФО предполагается установить около 150 земных станций спутниковой связи, чтобы обеспечить охват в первую очередь всех краевых, республиканских и областных центров ДФО, а также тех населенных пунктов, где в настоящее время имеются трудности с организацией предоставления базовых услуг электросвязи.

Рис.1. Структурная схема системы распределения телерадиовещательных программ  в проекте СМТС-ДФО (источник: ООО "Свит")

Для создания распределительной сети телерадиовещания предусматривается применение приемных спутниковых станций с цифровыми приемниками и эфирных передающих комплексов для трансляции до четырех телевизионных и трех радиовещательных программ почти в 1000 населенных пунктов.

Существующие сегодня спутниковые сети телевизионного вещания, созданные в 1970…1980-е гг., были построены на базе аналоговых методов передачи. Станции приемной сети, установленные более 20 лет назад, выработали свой ресурс, морально и физически устарели и нуждаются в коренной модернизации или замене. С другой стороны, в последние годы телевидение стремительно переходит от аналогового к цифровому вещанию, что дает огромный выигрыш не только в качестве принимаемых сигналов, но и в используемой полосе частот: если передача одной программы аналогового телевидения требовала использования ресурса всего спутникового транспондера, то цифровой формат позволяет "упаковать" в ту же полосу 5…6 программ. Соответственно, снижается и стоимость трансляции одной программы. Таким образом, одновременно планируется выполнять задачи как физической модернизации наземной телевизионной распределительной сети, так и перехода ее на принципиально новую технологическую платформу цифрового телерадиовещания.

При этом, решая задачу телерадиовещания в ДФО в рамках единого телекоммуникационного пространства на базе современных цифровых сетевых технологий, необходимо будет иметь в виду, что существующий парк приемной телевизионной аппаратуры в зоне обслуживания системы на начальном этапе останется аналоговым, и лишь в последующем будет происходить постепенный переход на цифровую аппаратуру.

Укрупненная структурная схема системы распределения телерадиовещательных программ в составе проекта СМТС-ДФО приведена на рис. 1. В ее состав входят земной, космический и наземный сегменты.

Наземные ретрансляционные станции, являющиеся частью приемной распределительной сети, включают в свой состав приемные земные станции (ПЗС), которые обеспечивают выделение из общего пакета программ, передаваемых через спутниковый сегмент, необходимого набора телевизионных и звуковых вещательных программ, осуществляют преобразование их в формат, требуемый для доставки населению.

Рис.2. Структурная схема ПЗС

Одним из важнейших технологических показателей спутниковой мультисервисной телекоммуникационной сети является эффективность использования частотно-энергетического ресурса космического сегмента. Этот показатель может быть значительно улучшен за счет применения новейших технологий, планируемых для второго поколения систем DVB, одной из которых посвящена настоящая статья.

С учетом перспектив внедрения систем цифрового наземного вещания в ПЗС этой сети предполагается использование спутниковых приемников цифрового вещания, которые предназначены для демодуляции радиосигналов, передаваемых по спутниковому тракту СМТС-ДФО, селекции из общего пакета определенных программ и последующего их декодирования, осуществляемого отдельными декодерами программ.

Структурная схема ПЗС показана на рис. 2. В целях возможности поэтапного наращивания количества принимаемых телерадиопрограмм в СМТС-ДФО планируется применение приемников модульной конструкции, основными составляющими элементами которых являются приемники транспортного потока MPEG-2 и программные декодеры MPEG-2.

Приемная земная станция состоит из приемной антенны, малошумящего конвертера-усилителя сигналов (LNB) из диапазона С в диапазон L и интегрированного приемника-демодулятора (ИПД). Последний включает в себя высокочастотный тюнер и демодулятор, декодер кодозащиты и дескремблер системы санкционированного доступа, а также несколько программных декодеров MPEG-2, каждый из которых выделяет из общего транспортного потока цифровой поток одной выбранной программы (программный поток) и осуществляет восстановление из него аналогового сигнала соответствующей программы. Таким образом, на выходе ПЗС формируются сигналы программ как для аналогового (SECAM), так и для цифрового (MPEG-2) наземного вещания.

Аналоговые сигналы ТВ-программ и звукового вещания с выхода ПЗС используются для их распределения по местной сети аналогового телерадиовещания. Необходимость такого построения ПЗС обусловлена тем, что еще достаточно долго основная часть парка абонентских приемных устройств, вероятнее всего, останется аналоговой.

В то же время, на ПЗС предусматривается дополнительная возможность выдачи цифрового транспортного потока программ ТВ и звукового вещания для их распределения по местной сети цифрового телерадиовещания, что важно в случае роста числа цифровых приемных устройств у населения.

Одним из важнейших параметров ИПД является поддерживаемая им скорость цифрового потока, так как лишь при достаточно высокой пропускной способности тракта возможно предоставить комплекс мультисервисных телекоммуникационных услуг. Это, в свою очередь, требует применения в ИПД новейших технологий, которые позволят реализовать высокую эффективность использования частотно-энергетического ресурса космического сегмента.

Системы спутникового вещания

В действующих спутниковых системах связи уровни передаваемой мощности и спектральные характеристики сигналов имеют достаточно малые резервы для их оптимизации, в то время как методы кодирования-декодирования сигналов не достигли теоретических пределов. Поэтому для повышения энергетической и спектральной эффективности сигналов необходимо внедрение в создаваемых спутниковых мультисервисных телекоммуникационных сетях новейших методов многопозиционной модуляции и защиты от ошибок.

Сегодня наибольшее распространение получили системы цифрового спутникового вещания, соответствующие стандарту DVB-S, ставшему, своего рода, эталоном. В качестве основного метода модуляции в DVB-S применяется квадратурная фазовая модуляция (QPSK), благодаря которой удалось добиться высокой надежности передачи сигналов при относительно невысокой стоимости и простоте приемных устройств. Однако данный метод не позволяет использовать энергетический и частотный ресурсы транспондера с высокой эффективностью, что объясняется известным несовершенством стандарта DVB-S, разработанного достаточно давно для внедрения системы непосредственного телевизионного вещания со спутников (НТВ). Следует также отметить, что DVB-S был оптимизирован для режима работы с одной несущей на транспондере, хотя и допускает применение в режиме с несколькими частотно разделенными несущими.

При разработке проекта СМТС-ДФО наряду с DVB-S были проанализированы современные стандарты цифрового спутникового вещания, такие, как ISDB-S, DVB-DSNG и др., обеспечивающие более высокую эффективность использования энергетического и частотного ресурсов транспондера, но требующие применения более сложного и дорогостоящего оборудования.

Спутниковая система цифрового телевещания с интеграцией служб ISDB-S была разработана с учетом эксплуатации DVB-S как средства доставки нескольких различных программ мультимедиа и оптимизирована для вещания с применением статистического мультиплексирования. Она рассчитана на передачу данных различных служб с различным качеством и имеет средства адаптации к разнообразным условиям и возможностям вещания. Поэтому ISDB-S содержит более широкий набор схем модуляции и помехоустойчивого кодирования, которые могут гибко выбираться и комбинироваться. В системе допускается использование более спектрально-эффективной восьмипозиционной фазовой модуляции в сочетании с решетчатым сверточным кодированием, что позволяет обеспечить максимальную скорость передачи полезных сигналов 54,4 Мбит/с в полосе канала 36 МГц. Такая пропускная достаточна для передачи до 11 программ стандартного телевидения со скоростью 5,5 Мбит/с или 13 программ качества VHS со скоростью до 4 Мбит/с.

В европейской системе спутникового сбора новостей DVB-DSNG предусмотрено еще большее увеличение спектральной эффективности при сохранении максимально возможной совместимости с системой DVB-S. В каналах с достаточным энергетическим запасом можно использовать режимы передачи, основанные на модуляции 8-PSK и 16-QAM. Сочетание трех видов модуляции с пятью кодовыми скоростями внутреннего кодера позволяет получить различные режимы передачи, наилучшим образом удовлетворяющие специфическим особенностям конкретного спутникового канала.

В результате анализа и экспериментальных проверок, проведенных при разработке проекта СМТС-ДФО, наиболее эффективной была признана система цифрового спутникового вещания с турбокодами типа eTPC, разработанными и запатентованными канадской государственной научно-исследовательской организацией Communications Research Centre (CRC). Лицензией на их применение в системах связи владеет группа компаний Advantech АМТ, в состав которой входит фирма Akelia (Великобритания), проводящая работы по развитию методов турбокодирования. Разработанный для системы цифрового спутникового вещания однокристальный широкополосный радиомодем обеспечивает передачу информации со скоростью до 155 Мбит/с.

Выбор наиболее эффективной системы передачи цифровой информации необходим, потому что создаваемая на первом этапе сеть распределения ТВ-программ в дальнейшем должна стать базой для внедрения на ее основе мультисервисной телекоммуникационной сети, которая требует максимально возможных скоростей передачи транспортных потоков.

Окончание следует.