RADIOWE SYSTEMY SZEROKOPASMOWEGO DOST
PU
Daniel J. Bem, Tadeusz W. Więckowski, Ryszard J. Zieliński
WST
P
Bardzo szybki rozwój systemów telekomunikacyjnych w ostatnich latach jest
wywołany głównie dwoma czynnikami: bardzo szybkim rozwojem Internetu zapewniającym,
poprzez swoją sieć, dostęp do różnorodnych informacji oraz realizację szeregu usług
transmisyjnych, z których najbardziej popularne to poczta elektroniczna, transfer plików FTP,
a ostatnio usługi związane z obsługą grup dyskusyjnych i usługi strumieniowe, oraz jeszcze
bardziej gwałtowny rozwój telefonii komórkowej. Personalizacja terminala ruchomego
spowodowała, że liczba użytkowników telefonii komórkowej przekracza liczbę
użytkowników Internetu. Rozwój Internetu i telefonii komórkowej wpłynął na wielokrotne
zwiększenie pojemności sieci szkieletowych, które są niezbędne do przenoszenia tak dużego
ruchu. Stało się to możliwe poprzez zastosowanie nowoczesnych technik zwielokrotnienia
falowego w sieciach światłowodowych.
Dalszy szybki rozwój telekomunikacji jest silnie uzależniony od rozwoju sieci
dostępowych w kierunku świadczenia tzw. usług szerokopasmowych. Sieci dostępowe
stanowią w systemie telekomunikacyjnym ogniwo, do którego bezpośredni dostęp mają
użytkownicy. Od możliwości technicznych sieci dostępowej zależy, jakie usługi można
udostępnić abonentowi i z jaką jakością je świadczyć. Ponieważ operatorom zależy na
obsłudze jak największej liczby abonentów, oczywistym jest konieczność utrzymania kosztów
sieci dostępowej przypadających na jednego abonenta na jak najniższym poziomie.
Dotychczas bardzo trudno było pogodzić niskie koszty sieci dostępowej z chęcią świadczenia
szerokiego wachlarza usług obejmującego również usługi szerokopasmowe. Wraz z rozwojem
technologii sprzeczne wymagania niskich kosztów i szerokiego upowszechnienia usług
szerokopasmowych poprzez sieci dostępowe nabierają realnych kształtów. Poprzez obniżenie
ceny łącza ADSL udało się dominującemu operatorowi niemieckiemu Deutsche Telekom
doprowadzić do bardzo szybkiego udostępnienia usług szerokopasmowych bardzo dużej
grupie nowych użytkowniów. A
ącze ADSL jest łączem asymetrycznym. Umożliwia
przesyłanie w kierunku użytkownika dużo większego strumienia danych niż w kierunku od
użytkownika. Takie właściwości wynikają z analiz zapotrzebowania na nowoczesne usługi,
które charakteryzują się również asymetrycznym zapotrzebowaniem na pasmo transmisyjne.
Doskonale w ten typ zapotrzebowania na usługi transmisyjne wpisują się systemy
radiokomunikacyjne typu punkt - wiele punktów PMP (Point to MultiPoint). W systemach
tych stacja bazowa pełni rolę węzła dostępowego, który w naturalny sposób może nadawać w
kierunku terminali duże strumienie danych, a odbierać od każdego terminala znacznie
mniejszą ilość danych. Tego typu systemy ze względu na występujące asymetryczne łącza
nazywa siÄ™ systemami do lokalnej szerokopasmowej dystrybucji danych LMDS (Local
Multipoint Distribution System).
Podstawową cechę obsługi wielu terminali z jednej stacji bazowej mają również
systemy satelitarne. Rolę stacji bazowej pełni w tych systemach satelita. Istnieje szereg
różnych koncepcji świadczenia usług szerokopasmowych poprzez satelity. Niektóre z nich
zostały w ostatnich latach zrealizowane, inne czekają na realizację w najbliższej przyszłości.
Operatorzy satelitarni upatrują w możliwości świadczenia usług szerokopasmowych o
asymetrycznym zapotrzebowaniu na transmisję swoją przyszłość. Ze względu na właściwości
systemów satelitarnych, w naturalny sposób mogą oni również myśleć o obsłudze terminali
stacjonarnych, przewoz
nych i ruchomych. Dotychczasowe doświadczenia z przekazem
sygnałów telewizyjnych do indywidualnych abonentów pokazują, że nawet w bardzo
uprzemysłowionych krajach o bardzo dobrze rozwiniętej naziemnej infrastrukturze sieci
telewizji kablowej liczba indywidualnych odbiorników satelitarnych jest bardzo duża i sięga
od kilkunastu do kilkudziesięciu procent gospodarstw domowych. Wprowadzenie transmisji
cyfrowych, umożliwiających obniżenie kosztów dzierżawy łącza satelitarnego przez
równoczesną transmisję kilku programów w paśmie zajmowanym dotychczas przez jeden
kanał analogowy wraz z podniesieniem jakości uzyskiwanego obrazu i dz
więku,
zwiększeniem liczby oferowanych programów i możliwością świadczenia dodatkowych usług
może jedynie wpłynąć na dalszy rozwój tego typu sieci dostępowych i zwiększenie ich udziału
w określonych segmentach rynku telekomunikacyjnego.
SYSTEMY SZEROKOPASMOWE A USA
UGI MULTIMEDIALNE
Systemy multimedialne to systemy umożliwiające integrację danych, tekstu,
wszelkiego typu obrazów i dzwięku w środowisku informatycznym. Taki sposób widzenia
systemów multimedialnych implikuje wymagania w stosunku do technik służących do
wytwarzania, przesyłania, przetwarzania i prezentacji. O ile tworzenie usług multimedialnych
może odbywać się w wyspecjalizowanych systemach, to ich dostarczenie do odbiorcy musi
zapewnić zintegrowana sieć, której jednym z ważniejszych elementów jest system dostępowy
oraz wielofunkcyjne terminale. Różne rodzaje usług nakładają różne wymagania w
odniesieniu do zdolności transmisyjnych sieci dostępowej oraz mocy przetwarzania sygnałów.
Najbardziej wymagające są usługi związane z przesyłaniem obrazów. Ich integracja w
systemie jest związana z przesyłaniem, przechowywaniem, przetwarzaniem i wyświetlaniem
na ekranie wielkiej liczby danych w postaci obrazu. Cyfrowa reprezentacja obrazu to często
ogromne zbiory informacji, podczas gdy jeden bajt reprezentuje całą literę. Jeśli ponadto
obraz zmienia się w czasie, to ogromna ilość danych musi być składowana, przekazywana i
przetwarzana, by spełnić wymagania związane z dostarczaniem ruchomych obrazów.
Kanał
Terminal użytkownika (STB)
rozsiewczy
Kanał rozsiewczy
(DVB TS) Medium transmisyjne
Adapter
Moduł
sieciowy
dla usług rozsiewczych
Dostawca
dla
interfejsu
usług
transmisji
dla usług
rozsiew-
rozsiew-
Użytkownik
czej
czych rozsiew-
Moduł
czych
termi-
nalowy
Kanały
kanały
interaktywne Moduł
Interaktywne
interfejsu
Dostawca
interakty-
usług
Adapter
Jednostka
interakty- sieciowy wnego
wnych interfejsu
kanału
Sieć
sieciowego
interakty-
wnego
Kanał interaktywny
kanały
Interaktywne
Sieć niezależna
Sieć niezależna
Sieć zależna
Rys. 1. Architektura lokalnego systemu do dystrybucji usług multimedialnych (LMDS)
Realizacja usług multimedialnych nakłada szereg wymagań technicznych na systemy.
Po pierwsze systemy muszą dysponować ogromnymi pamięciami typowo rzędu setek
megabajtów. Po drugie wymagają specjalizowanych i o dużej mocy obliczeniowej procesorów
do przetwarzania i wizualizacji danych. Po trzecie muszą mieć odpowiednią architekturę, by
oprócz danych i tekstu mogły dostarczać obrazu i dz
więku w wymaganym przez daną
aplikację standardzie. Po czwarte tak bogate otoczenie informatyczne nie będzie dużo warte,
jeśli użytkownik nie będzie w stanie w łatwy sposób poruszać się w nim, wyszukiwać
informacje oraz mieć do nich dostęp oraz uruchamiać wybrane aplikacje realizujące wybrane
usługi. Ponadto system multimedialny powinien zapewnić pełny dostęp do usług wielu
odbiorcom jednocześnie. Narzuca to ogromne wymagania dla każdego z elementów systemu a
w szczególności na stosowane sieci transmisyjne i dostępowe. Jeśli sieci te są sieciami
radiowymi, to dodatkowo występują ograniczenia związane z szerokością dostępnego pasma
oraz wpływem zjawisk propagacyjnych na jakość transmisji.
Transmisje multimedialne to połączenie transmisji obrazu, dz
więku i danych
w dowolnych kombinacjach w celu realizacji takich usług jak telekonferencje,
wideokonferencje, telefonia, systemy rozsiewcze foniczne i wizyjne. CechÄ… oczekiwanÄ…
współczesnych sieci transportowych i dostępowych jest możliwość dynamicznego
udostępnienia łącza o ustalonych parametrach na potrzeby transmisji multimedialnych. Do
udostępniania usług multimedialnych stosowane są coraz częściej systemy radiowe LMDS i
systemy satelitarne. Są one dostosowane do udostępniania usług multimedialnych poprzez
tworzenie pomiędzy dostawcą usług i użytkownikiem niesymetrycznego kanału
transmisyjnego. Systemy LMDS stanowią podklasę szerszej klasy systemów PMP,
wyróżniającą się asymetrią łącza. Analizując historycznie rozwój systemów PMP i
standardów związanych z tymi systemami można stwierdzić, że w początkowym okresie były
one dostosowane pod względem właściwości transmisyjnych do świadczenia tzw.
wąskopasmowych usług (do 2 Mb/s), wykorzystując z reguły kanały symetryczne z gradacją
szybkości transmisji równą 64 kb/s. Stosowano je w celu zastąpienia zespołu linii radiowych
PP (Point-to-Point). W chwili obecnej systemy LMDS zapewniajÄ… transmisjÄ™ danych
multimedialnych. Ze względu na zapotrzebowanie częstotliwościowe tego typu transmisji
muszą być one systemami szerokopasmowymi. Podobną drogę przeszły systemy satelitarne,
które w początkowym okresie rozwoju służyły do tworzenia długodystansowych linii
radiowych typu PP do przenoszenia ruchu telefonicznego, w tym międzykontynentalnego.
NAZIEMNE SYSTEMY SZEROKOPASMOWEGO DOST
PU
PodstawowÄ… architekturÄ™ interaktywnego systemu LMDS przedstawiono na rys. 1. a
nazwy poszczególnych interfejsów na rys. 2 [1, 2].
A3
A1 A4
Transmisja
Interfejs
radiowa
Część
Część
adaptera
domowa
P.CZ./ zew-
sieciowego
terminala
nętrzna
W.CZ.
INA
STB
ODU
B1 B2 B4
Dostawca usług Użytkownik
RJZ
Rys. 2. Interfejsy w systemie LMDS: A1, A4, B1, B4 - interfejsy p.cz., B2, A3 - interfejsy w.cz.
(STB  Set Top Box, INA  Interface Network Adapter, ODU  Out Door Unit)
W zależności od usług udostępnianych abonentom systemy LMDS mogą mieć różne
struktury. Systemy LMDS z asymetrycznym wąskopasmowym kanałem zwrotnym
dostosowane do świadczenia usług rozsiewczych składają się z następujących warstw:
" warstwy fizycznej, w której określono wszystkie parametry transmisyjne,
" warstwy transportowej, w której określono odpowiednie struktury danych i protokoły
komunikacyjne, np. kontener danych, itp.,
" warstwy aplikacji stanowiÄ…cej interaktywne oprogramowanie.
W modelu systemu LMDS wyróżnia się warstwy zależne i niezależne od sieci. W
systemach LMDS stosujących do transmisji platformę DVB wyróżnia się dwa kanały
pomiędzy dostawcą usług a użytkownikiem:
" kanał rozsiewczy BC (Broadcast Channel) - jednokierunkowy szerokopasmowy kanał
rozsiewczy przenoszący sygnały wizyjne, foniczne i transmisji danych. Kanał ten jest
tworzony dla użytkownika przez dostawcę usług. Może on zawierać łącze zapewniające
przenoszenie usług interaktywnych w relacji dostawca usług - użytkownik;
" kanał interakcyjny IC (Interaction channel) - dwukierunkowy kanał interakcyjny
utworzony pomiędzy dostawcą usług i użytkownikiem. Składa się z:
" łącza zwrotnego od użytkownika do dostawcy usług, stosowanego głównie do
przesyłania zapytań dla dostawcy lub do przesyłania odpowiedzi do dostawcy,
" łącza podstawowego (do użytkownika) stosowanego do przesyłania informacji przez
dostawcę usług do użytkownika. Kanał ten może być zintegrowany z kanałem
rozsiewczym. Może nie być również wymagany przy świadczeniu niektórych
prostych usług przez kanał rozsiewczy.
Terminal użytkownika składa się z interfejsu do sieci NIU (Network Interface Unit)
obejmującego moduł interfejsu rozsiewczego BIM (Broadcast Interface Module) i moduł
interfejsu interaktywnego IIM (Interactive Interface Module) oraz urządzenia końcowego
STU (Set Top Unit). Terminal użytkownika wyposażony jest w interfejsy do kanału
rozsiewczego i do kanału interakcyjnego i kontaktuje się z siecią poprzez moduł IIM.
W systemach LMDS stosujÄ…cych cyfrowÄ… platformÄ™ DVB konieczne jest utworzenie
dwukierunkowego łącza pomiędzy dostawcą usług i użytkownikiem. Zasadą jest przekazanie
sygnału synchronizującego w łączu kanału interaktywnego od interfejsu adaptera sieciowego
INA (Interactive Network Adapter) do interfejsu sieciowego użytkownika NIU (Network
Interface Unit). Dzieki temu interfejsy sieciowe NIU mogą dostosować się do sieci i odesłać
informacjÄ™ o synchronizacji do INA.
Transmisja od użytkownika do sieci odbywa się przy zastosowaniu czasowego
zwielokrotnienia dostępu do kanału TDMA. Szczeliny czasowe mogą być wykorzystane przez
różnych użytkowników. Jeden kanał do użytkownika można użyć do synchronizacji do ośmiu
kanałów od użytkowników, z których każdy podzielony jest na szczeliny czasowe. Informacja
o stanie licznika adaptera sieciowego kanału interaktywnego INA przesyłana jest
periodycznie do interfejsów sieciowych użytkowników NIU. Dzięki temu są one w stanie
pracować synchronicznie w oparciu o ten sam zegar, a szczeliny czasowe mogą być
udostępniane różnym użytkownikom.
W systemie stosuje się trzy podstawowe typy protokołów dostępu. Pierwszy z nich jest
protokołem losowym. Użytkownik może przesłać wiadomość w dowolnym czasie. Może ona
jednak wejść w kolizję z wiadomością wysłaną przez innego użytkownika. W pozostałych
dwóch typach protokołów stosuje się rezerwację albo określonej skończonej liczby szczelin
dla określonego NIU albo określonej przepustowości wymaganej przez dany NIU. Typy
protokołów są dobierane w sposób dynamiczny. Interfejsy sieciowe użytkownika NIU
uzyskują informację, czy w danym momencie mogą stosować protokół losowy czy też jeden z
protokołów rezerwacyjnych.
Adapter sieciowy kanału interaktywnego INA okresowo wskazuje nowym
użytkownikom możliwość przejścia przez wstępną procedurę w celu synchronizacji ich
interfejsów sieciowych do zegara sieci bez ponoszenia ryzyka kolizji z już aktywnymi
użytkownikami. INA udostępnia nowym użytkownikom szerszy przedział czasowy do
przesyłania wiadomości. Uwzględniane są czasy propagacji sygnału od INA do wielu NIU i z
powrotem.
Kanały interaktywne w łączu od użytkownika mogą być umieszczone w paśmie kanału
rozsiewczego IB (In Band) lub poza jego pasmem OOB (Out Of Band). UrzÄ…dzenia
abonenckie nie muszą być dostosowane do obu typów kanałów interaktywnych (sterujących).
W systemach ze sterowaniem OOB musi występować podstawowy kanał interaktywny
zarezerwowany dla danych interaktywnych i sterujących. Można również przesyłać większe
strumienie danych stosując kanał DVB-MS. Częstotliwość tego kanału przesyłana jest w
podstawowym kanale interaktywnym.
W systemach ze sterowaniem IB kanał sterujący realizowany jest poprzez MPEG-2 TS
kanału DVB-MS
Systemy z interaktywnym kanałem do użytkownika w paśmie kanału rozsiewczego IB
i poza nim OOB zapewniają taką samą jakość usług. Systemy te różnią się architekturą. Mogą
pracować w jednej sieci ale muszą być rozdzielone częstotliwościowo.
Model odniesienia ETSI
Przedstawiona na rysunku 1 koncepcja transmisji danych obsługujących realizację
usług szerokopasmowych jest bardzo ogólna i w chwili obecnej jej pełna realizacja w
systemach naziemnych jest bardzo kosztowna. Nie ma również ekonomicznie uzasadnionych
czynników, które skłaniały by do jej pełnej realizacji w ramach jednego systemu.
Szerokopasmowe naziemne systemy dostępowe można podzielić na dwie kategorie:
spełniające wymagania klasycznych operatorów telefonicznych oraz spełniające wymagania
operatorów telewizji kablowej z aspiracjami do świadczenia dodatkowo usług
telekomunikacyjnych. Ze względu na zapotrzebowanie i uwarunkowania techniczne w
naziemnych systemach obserwuje się szybki rozwój pierwszej grupy szerokopasmowych
systemów do dystrybucji danych. Drugą grupę systemów wygodniej jest realizować w oparciu
o systemy satelitarne.
Systemy typu punkt  wielepunktów (PMP) są zazwyczaj systemami ze statycznym
przypisaniem zasobów (FA) (Fixed Assignment) lub z przypisaniem zasobów na żądanie
(DAMA) (Demand Assigned Multiple Access) [3, 5]. Systemy te, chcąc konkurować z innymi
rozwiązaniami przewodowymi, winny charakteryzować się efektywnym wykorzystaniem
widma elektromagnetycznego, możliwością koncentracji ruchu telekomunikacyjnego oraz
przez
roczystością. Koncentracja ruchu polega na możliwości korzystania przez N abonentów
z n kanałów (przy czym N>n), co umożliwia oszczędne gospodarowanie częstotliwościami i
obniżenie kosztów wyposażenia. Przez
roczystość rozumiana jest jako możliwość nawiązania
połączenia pomiędzy centralą i terminalem abonenckim bez potrzeby ingerencji w pracę łącza
radiowego.
Zgodnie z dokumentami ETSI [4] w skład systemu PMP mogą wchodzić następujące
elementy:
" stacja centralna (CS) (Central Station), w skład której wchodzi:
" sterownik stacji centralnej (CCS) (Central Controller Station) realizujÄ…cy m.in.:
połączenie z siecią poprzez interfejs do sieci SNI (Service Node Interface) np. do
miejscowej centrali; jeden sterownik może obsługiwać wiele CRS;
" zespół radiowy stacji centralnej (CRS) (Central Radio Station),
" terminal systemu (TS) (Terminal Station) wyposażony w interfejsy abonenckie UNI
(User Network Interface),
" stacja przekaz
nikowa (repiter) (RS) (Repiter Station), która może również być
wyposażona w interfejs UNI oraz może obsługiwać więcej terminali systemowych TS.
Do terminali systemowych TS dołączone są poprzez interfejs SNI terminale abonenckie TE
(Terminal Equipment). Stacja centralna dołączona jest do sieci poprzez interfejs SNI i
realizuje funkcję koncentracji ruchu poprzez zarządzanie wszystkimi dostępnymi kanałami w
systemie.
StrukturÄ™ systemu PMP przedstawiono na rysunku 3.
Antena dookólna
lub sektorowa
Antena TS TE
kierunkowa
UNI
Antena
TS TE
kierunkowa
UNI
SNI
CCS CRS
Węzeł sieci
Antena
CS
TS TE
kierunkowa
UNI
Antena
Inne CRS
kierunkowa
Antena dookólna
lub sektorowa
TS TE
UNI
Antena TS TE
kierunkowa
RS
UNI
TE
RJZ
UNI
TE
Rys. 3. Struktura systemu PMP
Typowe właściwości systemu PMP wygodnie przedstawić, analizując je z
uwzględnieniem:
" aspektów systemowych,
" aspektów radiowych,
" typów świadczonych usług i stosowanych interfejsów od strony centrali i abonenta,
" aspektów związanych z zasilaniem i charakterystykami środowiska.
Pojemność transmisyjna łącza w systemie PMP powinna wynosić n x 2 Mb/s.
Właściwości transmisyjne łącza winny spełniać Zalecenie ITU-T G.821. Opóz
nienie w obie
strony (round trip delay) dla 64 kb/s strumieni danych przenoszących informację głosową nie
może przekraczać 20 ms. System musi spełniać warunek pełnej przez
roczystości. Transmisja
danych poprzez system nie może wymagać od centrali i urządzeń abonenckich żadnych
dodatkowych akcji. Jeśli system wyposażono w interfejs do systemu zarządzania TMN, to
musi on spełniać wymagania Zalecenia ITU-T G.773.
W systemach PMP ograniczono maksymalną moc wyjściową mierzoną w punkcie C
(Rys. 4) do wartości 35 dBm. W systemach, w których wymagana jest mniejsza moc
nadawana ze względu na uzyskanie właściwych warunków odbioru lub spełnienie innych
uwarunkowań prawnych, należy zapewnić regulację tej mocy. Moc wyjściowa musi być
utrzymywana z dokładnością ą1 dBm.
Z'
A' B' C' D'
Nadajnik Filtr Rx/Tx Ukł. dopasowujący Linia zasilająca
DC B A Z
Linia zasilająca Ukł. dopasowujący Filtr Rx/Tx Odbiornik
RJZ
Rys. 4. Schemat blokowy modułów radiowych systemu P-MP
Zgodnie z zaleceniami ERC (European Radiocommunication Committee) [6, 7, 8]
systemy PMP (kategoria ta obejmuje również systemy LMDS) powinny wykorzystywać
pasma częstotliwościowe podane w tabeli 1.
Tabela 1. Częstotliwościowe parametry kanałów systemu LMDS
Pasmo Granice pasm Nr zalecenia Odległość Odległości
częstotliwości dupleksowa międzykanałowe
[GHZ] [GHz] [MHz] [MHz]
3,5 3,4 - 3,6 ERC Rec. 14-03 [6] 50/100 0,5 (szczeliny)
10,15 - 10,30
10,5 ERC Rec. 12-05 [7] 350 0,5 (szczeliny)
10,50 - 10,65
24,5  25,445
24.5 - 26.5 ERC Rec. 13-02 [8] 1008
25,557 - 26,5
27,5  28,4445
27.5 - 29.5 ERC Rec. 13-02 [8] 1008
25,5565 - 29,5
W dokumencie [8] przygotowanym przez GrupÄ™ RoboczÄ… ITU-FM (Frequency
Management) i zaakceptowanym przez ERC (European Radiocommunications Committee)
ustalono ściśle rozkład kanałów dla systemów pracujących w pasmie 26 i 28 GHz.
Rozmieszczenie kanałów dla pasma 26 GHz pokazano na rysunku 5.
(a) kanały 112 MHz (3,5 MHz x 32)
Pasmo ochronne Pasmo ochronne Pasmo ochronne
(c) kanały 28 MHz (3,5 MHz x 8)
112 MHz
49 MHz 47 MHz
32 x 28 MHz kanałów 32 x 28 MHz kanałów
(d) kanały 14 MHz (3,5 MHz x 4)
112 MHz
49 MHz 47 MHz
64 x 14 MHz kanałów 64 x 14 MHz kanałów
(e) kanały 7 MHz (3,5 MHz x 2)
112 MHz
49 MHz 47 MHz
128 x 7 MHz kanałów 128 x 7 MHz kanałów
(f) kanały 3,5 MHz
112 MHz
49 MHz 47 MHz
256 x 3,5 MHz kanałów 256 x 3,5 MHz kanałów
RJZ
24,500 GHz 25,445 GHz 25,557 GHz 26,500 GHz
Rys. 5. Rozmieszczenie kanałów systemu LMDS w paśmie 26 GHz
Rozmieszczenie częstotliwości nośnych poszczególnych kanałów uzależnione jest od
szerokości pasma kanału transmisyjnego. W paśmie 26 GHz przyjmuje się dupleksowy odstęp
międzykanałowy równy 1008 MHz, odstęp ochronny pomiędzy podpasmami równy 112 MHz
oraz częstotliwość odniesienia f0 = 25501,0 MHz. Częstotliwości nośne kanałów w dolnym
podpaśmie fd i w górnym podpaśmie fg wyznacza się w następujący sposób:
a) dla systemów z odstępem międzykanałowym 28 MHz:
fd = f0 - 966 + 28n
fg = f0 + 42 + 28n dla n = 1, ... 32;
b) dla systemów z odstępem międzykanałowym 14 MHz:
fd = f0 - 959 + 14n
fg = f0 + 49 + 14n dla n = 1 , ... 64;
c) dla systemów z odstępem międzykanałowym 7 MHz:
fd = f0 - 955.5 + 7n
fg = f0 + 52.5 + 7n dla n = 1 , ... 128;
d) dla systemów z odstępem międzykanałowym 3,5 MHz:
fd = f0 - 953.75 + 3.5n
fg = f0 + 54.25 + 3.5n dla n = 1 , ... 256.
Rozmieszczenie kanałów dla pasma 28 GHz pokazano na rysunku 6.
48,5 MHz 112 MHz 47,5 MHz
32 x 28 MHz 32 x 28 MHz
64 x 14 MHz 64 x 14 MHz
128 x 7 MHz 128 x 7 MHz
256 x 3,5 MHz 256 x 3,5 MHz
RJZ
27,5 GHz 28,4445 GHz 28,5565 GHz 29,5 GHz
Rys. 6. Rozmieszczenie kanałów systemu LMDS w paśmie 28 GHz
Tak jak poprzednio rozmieszczenie częstotliwości nośnych poszczególnych kanałów
uzależnione jest od szerokości pasma kanału transmisyjnego. W paśmie 28 GHz przyjmuje się
dupleksowy odstęp międzykanałowy równy 1008 MHz, odstęp ochronny pomiędzy
podpasmami równy 112 MHz oraz częstotliwość odniesienia f0 = 28500,5 MHz.
Częstotliwości nośne kanałów w dolnym podpaśmie fd i w górnym podpaśmie fg wyznacza się
w następujący sposób:
a) dla systemów z odstępem międzykanałowym 28 MHz:
fd = f0 - 966 + 28n
fg = f0 + 42 + 28n dla n = 1 , ... 32
b) dla systemów z odstępem międzykanałowym 14 MHz:
fd = f0 - 959 + 14n
fg = f0 + 49 + 14n dla n = 1 , ... 64
c) dla systemów z odstępem międzykanałowym 7 MHz:
fd = f0 - 955.5 + 7n
fg = f0 + 52.5 + 7n dla n = 1 , ... 128
d) dla systemów z odstępem międzykanałowym 3,5 MHz:
fd = f0 - 953.75 + 3,5n
fg = f0 + 54.25 + 3,5n dla n = 1 , ... 256.
W zależności od szerokości pasma kanału użytecznego wykorzystywanego w systemie
LMDS, kanał transmisyjny powinien być dopasowany do odpowiedniej organizacji kanału
proponowanej w tabeli 2.
Tabela 2. Organizacja kanałów transmisyjnych w systemach LMDS (kb/s)
Odstęp międzykanałowy
1,0 1,75 2,0 3,5 7,0 14 28 30
[MHz]
Minimalna pojemność
84x64
transmisyjna st. bazowej dla 12x64 21x64 24x64 42x64 8x2048 16x2048 17x2048
4x2048
4-stanowej modulacji [kb/s]
Minimalna pojemność
transmisyjna st. bazowej dla 18x64 31x64 36x64 62x64 5x2048 10x2048 20x2048 22x2048
8-stanowej modulacji [kb/s]
Minimalna pojemność
84x64
transmisyjna st. bazowej dla 24x64 42x64 48x64 8x2048 16x2048 32x2048 34x2048
4x2048
16-stanowej modulacji [kb/s]
Dla systemów przenoszących w kanale rozsiewczym sygnały telewizyjne [1] dokonano
również ustaleń dotyczących częstotliwości pośrednich, ułatwiających współpracę z
istniejącymi sieciami telewizji kablowej. Ustalenia te nie są jednak obowiązujące. Kanał
sterowania do użytkownika może wykorzystywać pasmo częstotliwości od 950 MHz do 2150
MHz.
Kanał sterowania od użytkownika można zorganizować w dwojaki sposób:
1. dla sterowania OOB w celu zapewnienia kompatybilności z istniejącymi sieciami telewizji
kablowej (ETS 300 800) stosuje siÄ™ pasma od 70 MHz do 130 MHz w kierunku do
użytkownika i od 5 MHz do 65 MHz w kierunku od użytkownika (Rys. 6);
2. dla sterowania IB, uwzględniając kompatybilność z sieciami kablowymi oraz dążąc do
zapewnienia maksymalnej pojemności dla usług multimedialnych stosuje się pasma od 400
MHz do 700 MHz lub od 5 MHz do 305 MHz (Rys. 7).
W interaktywnym kanale OOB do użytkownika należy stosować szybkość transmisji
danych 3,088 MB/s. Wymaga się, by INA i NIU dostosowane były do tej szybkości. W kanale
interaktywnym IB do użytkownika jedynym wymaganiem jest, by szybkość transmisji była
wielokrotnością szybkości 8 kb/s.
Kanał interaktywny do użytkownika OOB nadaje w sposób ciągły ramki zgodne ze
strukturą łącza typu T1. Część transmitowanych danych zawiera informacje do synchronizacji
strumienia danych od użytkownika. Kanał interaktywny do użytkownika IB transmituje
pakiety MPEG-2 TS ze specyficznymi identyfikatorami PID służącymi do synchronizacji
danych od użytkownika.
Kanały rozsiewcze LMDS
950 - 2150 MHz
Do użytkownika
70 - 130 MHz
Częstotliwość [MHz]
950 2150
Kanały interaktywne 2 MHz z modulacją QPSK do użytkownika
5 - 65 MHz
Kanały interaktywne 2 MHz z modulacją QPSK od użytkownika
RJZ
Od użytkownika
Rys. 7. Preferowane zakresy częstotliwości pośredniej dla systemów LMDS z zewnętrznym
kanałem sygnalizacyjnym do użytkownika (OOB)
Kanały rozsiewcze LMDS
950 - 2150 MHz
Do użytkownika
Częstotliwość [MHz]
950 2150
Kanały interaktywne 2 MHz z modulacją QPSK od użytkownika
400 - 700 MHz
Od użytkownika
RJZ
Rys. 7. Preferowane zakresy częstotliwości pośredniej dla systemów LMDS z wewnętrznym
kanałem sterującym od użytkownika
Adapter sieciowy kanału interaktywnego INA wybiera dla użytkownika jedną z prędkości
transmisji: 6,176 Mb/s lub 3,088 Mb/s. Wymagana jest obsługa transmisji z szybkością 3,088
Mb/s, inne szybkości są opcjonalne dla INA i NIU.
Ramka w interaktywnym kanale od użytkownika zawiera 512 bitów (256 symboli).
Wysyłana jest ona przez różnych aktywnych użytkowników w szczelinach czasowych. Dla
szybkości transmisji 6,176 Mb/s mamy szybkość nadawania ramek równą 12000 ramek/s a
dla szybkości 3,088 Mb/s odpowiednio 6000 ramek/s.
Naziemne systemy LMDS dostosowane do wymagań operatorów telekomunikacyjnych
Obecnie wielu producentów wprowadziło na rynek lokalne systemy umożliwiające
transmisje szerokopasmowe. Stosuje się głównie mikrofalowe interaktywne platformy
telekomunikacyjne umożliwiające transmisję danych poprzez zestawianie łączy o
przepustowości nawet do 34 Mb/s poprzez elastyczne i dynamiczne wykorzystanie pasma
częstotliwości.
W celu pokrycia sygnałem radiowym obszarów o dużej gęstości abonentów (np.
dużych miast) budowana jest sieć komórkowa. Tworzą ją przylegające do siebie obszary o
promieniu kilku kilometrów. Centralnym punktem każdej z komórek jest stacja bazowa,
zapewniająca łączność z zainstalowanymi w obszarze stacjami odbiorczymi. Anteny stacji
abonenckich umiejscowione są na dachach lub fasadach budynków, w których znajdują się
odbiorcy usług.
Wśród wielu dostawców tego typu systemów na rynku polskim stosowane są lub
trwają zaawansowane testy najnowszych generacji systemów LMDS takich producentów jak:
Siemens, Lucent Technologies, Ericsson i Alcatel. Systemy te sÄ… dostosowane do
przenoszenia ruchu służącego do obsługi różnego rodzaju usług szerokopasmowych, na które
istnieje duże zapotrzebowanie już obecnie oraz planowana jest ich modyfikacja w celu
dalszego zwiększenia przepustowości tych systemów w przyszłości i możliwości obsługi
jeszcze bardziej zaawansowanych usług multimedialnych. Dość długą historię oraz plany
dalszego rozwoju ma system WalkAir produkowany przez Siemensa [9]. Przechodzi on
ewolucję od zastosowań typowo radioliniowych w pasmie 3,5 GHz z symetrycznymi łączami
dupleksowymi 2x2 Mb/s w pasmie 2x1,75 MHz do pasm 10,5 i 26 GHz z kanałami o
znacznie szerszych pasmach i przepustowościach.
W wersjach dostępnych obecnie użytkownik od strony terminalu ma do dyspozycji
takie interfejsy jak: nx64 kb/s, E1, Frame Relay/V.35, X.21/V.35 oraz 10 lub 100BaseT. Od
strony stacji bazowej system może być dołączony do węzła udostępniania usług, np. centrali,
lub sieci transmisji pakietowej wykorzystując dostępne interfejsy V5.1 lub V5.2 oraz E1 i
Frame Relay/V.35
Stacja bazowa systemu WalkAir składa się z następujących bloków:
" anten,
" jednostki przetwarzania częstotliwości radiowej RFU-BS (Radio Frequency Unit - Base
Station),
" multipleksera kanałów (IF-MUX) pracującego na pośredniej częstotliwości,
" jednostki podstawowej BU-BS (Basic Unit - Base Station).
Do odpowiedniego pokrycia zasięgiem stosuje się anteny sektorowe. Ich parametry
elektryczne zależą od zakresu częstotliwości. Producent w pasmie 3,5 GHz stosuje anteny o
szerokoÅ›ci wiÄ…zki 60° i 90° i zysku energetycznym odpowiednio 15,0 i 13,5 dBi. Przy ich
użyciu można tworzyć cztery lub sześć sektorów wokół stacji bazowej. Zasięg systemu
wynosi ok. 10 km. W pasmie 26 GHz dostÄ™pne sÄ… anteny o szerokoÅ›ci wiÄ…zki 45° i 90° i
zyskach odpowiednio 18,0 i 15,5 dBi, które umożliwiają budowę ośmiu lub czterech
sektorów. Zasięg systemu w tym zakresie częstotliwości nie przekracza 4 km.
Jednostka przetwarzania częstotliwości radiowej RFU-BS dokonuje konwersji
częstotliwości w.cz./p.cz. i wzmacnia sygnał odebrany na tyle, by możliwy był jego
prawidłowy odbiór i przetwarzanie przez multiplekser kanałów IF-MUX. Ze względu na
tłumienie przewodu odległość pomiędzy RFU-BS i IF-MUX nie może przekraczać 150 m.
Jest to dość istotny parametr, który w przypadku systemu WalkAir umożliwia wygodną
instalację anten na wysokościach zapewniających uzyskanie bezpośredniej widoczności z
antenami terminali. Jednostka RFU-BS pracujÄ…ca w zakresie 3,5 GHz umieszczona jest w
osobnej obudowie i musi być instalowana tuż przy antenie, gdyż długość przewodu nie może
przekraczać 1 m. W pasmie 26 GHz jednostka RFU-BS jest zintegrowana z anteną.
Do multipleksera kanałów może być dołączonych nie więcej niż osiem jednostek
RFU-BS. Jednostkę podstawową stacji bazowej, do której dołączony jest multiplekser tworzą
oprócz płyty głównej odpowiednie zunifikowane dla całego systemu karty interfejsów.
Jednocześnie można wykorzystywać do trzech typów interfejsów do węzła udostępniania
usług.
Dość podobną strukturę ma terminal abonencki, który składa się z anteny dołączonej
przewodem współosiowym do jednostki podstawowej terminala BU-TS (Basic Unit -
Terminal Station). Anteny terminali dla pasm 3,5 GHz i 26 GHz majÄ… takie same parametry
elektryczne, różniÄ… siÄ™ jednak budowÄ…. Szerokość głównej wiÄ…zki anteny wynosi 18° lub 2,5°,
a zyski energetyczne odpowiednio 18,0 dBi i 35,0 dBi. Podobnie jak stacja bazowa, terminal
może być wyposażony w trzy różne interfejsy abonenckie. Dużą dowolność w instalacji
anteny na zewnÄ…trz budynku i jednostki podstawowej terminala w pomieszczeniu abonenta
ułatwia możliwość stosowania przewodu łączącego o długości do 150 m. Terminal może być
zasilany napięciem przemiennym 230 V lub stałym 48 V.
W dostępnej w chwili obecnej wersji systemu WalkAir podstawowym kanałem
transmisyjnym jest kanał o szerokości 1,75 MHz. Zastosowano dupleks częstotliwościowy
FDD (Frequency Division Duplex) oraz zwielokrotnienie czasowe kanału TDM w łączu stacja
bazowa - terminal oraz czasowy dostęp do kanału TDMA w łączu od terminala do stacji
bazowej.
System WalkAir jako jeden z nielicznych w tej klasie systemów
radiokomunikacyjnych stosuje bardzo zaawansowane metody modulacji. W celu uzyskania
dużej skuteczności wykorzystania widma zastosowano modulację 64 QAM i kodowanie
stanów trellis. Dzięki temu skuteczność wykorzystania widma wynosi teoretycznie 2,5 b/s/Hz,
a w praktyce użytkownik ma do dyspozycji strumień 4,096 Mb/s w pasmie 1,75 MHz, co
umożliwia uzyskanie skuteczności równej 2,34 (4,096/1,75). A
Ä…cze radiowe systemu WalkAir
zwielokrotniono czasowo. Zostało ono podzielone na szesnaście szczelin czasowych, każda
może obsługiwać jeden terminal TS. W zakresie częstotliwości 3,5 GHz w jednym sektorze
może pracować do ośmiu łączy zajmujących pasmo 2x14 MHz (2x8x1,75 MHz), w zakresie
26 GHz - do szesnastu Å‚Ä…czy zajmujÄ…cych pasmo 2x28 MHz (2x16x1,75 MHz) (rys. 8),
Terminal abonencki TS Stacja bazowa
TDM/TDMA
TS 1
FDM
TDM/TDMA
Nośna # 1
1,75 MHz
1,75 MHz - 2x2 Mb/s
PSTN/ ISDN
Linie dzierżawione 60 x 64 kb/s
Dynamiczny
Frame Relay
TS n
przydział szczelin
Ethernet
Nośna # n
ISDN
1,75 MHz
Nośna # 16
Frame Relay
1,75 MHz
TS 16
1-8 x nośna (3,5 GHz)
1-16 x nośna (26 GHz)
1-16 x TS na jednej nośnej
RJZ
Rys.8. Struktura łączy radiowych obsługujących jeden sektor w systemie WalkAir (Siemens)
Ze względu na strukturę łącza radiowego systemu WalkAir oraz dostępne anteny o
szerokoÅ›ci sektora 90° i 45° można w odpowiedni sposób ksztaÅ‚tować caÅ‚kowitÄ… pojemność
komórki systemu. Przy wykorzystaniu dwóch dupleksowych kanałów o szerokości 7 MHz i
częstotliwościach nośnych F1 i F2 można przesłać strumień danych o szybkości 32 Mb/s. W
tym przypadku można utworzyć na każdej częstotliwości cztery kanały o szerokości 1,75
MHz (4x1,75 MHz = 7 MHz) - każdy przenoszący strumień danych z szybkością 2x2 Mb/s.
Jeśli zastosujemy komórkę składającą się z ośmiu sektorów, to uzyskamy podwojenie
pojemności. Ruch przenoszony przez stację bazową wyniesie maksymalnie 64 Mb/s. W
przypadku, gdy operator dysponuje większym pasmem, proporcjonalnie można zwiększać
pojemność transmisyjną stacji bazowych, jak to przedstawiono na rysunku 9.
Sector 90° Sector 45°
Współczynnik ponownego Współczynnik ponownego
wykorzystania częstotliwości = 2 wykorzystania częstotliwości = 4
F2 F1
F2 F1
F1 F2
F2
F1
F1
F2
F1
F2
Szerokość pasma
Pojemność komórki
[MHz]
4 Sektory 8 Sektorów
14 32 x E1 64 x E1
28 64 x E1128 x E1
56 128 x E1 256 x E1
RJZ
Rys. 9. Kształtowanie pojemności stacji bazowej systemu WalkAir przy użyciu sektoryzacji
oraz zmianie szerokości zajmowanego pasma częstotliwości (Siemens)
System WalkAir może być stosowany do świadczenia usług transmisyjnych
wykorzystujących dwa typy interfejsów użytkownika na łączu E1 zgodnym z zaleceniem ITU-
T G.703: interfejs V.35/X.21 oraz Ethernet 10BaseT. Dodatkowo, do celów utrzymaniowych,
terminale wyposażone są w interfejs RS 232. System może być zastosowany do świadczenia
następujących usług:
" PR ISDN,
" linii dzierżawionych,
" łączy Frame Relay z dynamicznym przydziałem pasma,
" V5.1.
Interfejs Ethernet udostępniany jest na styku 10BaseT terminalu abonenckiego.
Wbudowana funkcja mostowania powoduje, że pakiety transmitowane do lokalnej sieci LAN
nie są przenoszone. Jedynie pakiety adresowane do innych lokalizacji, np. do dostawcy usług
internetowych ISP (Internet Service Provider) lub innej sieci LAN będą przekazywane do
sieci szkieletowej operatora. Możliwe sposoby wykorzystania terminalu systemu WalkAir
pokazano na rysunku 10.
System WalkAir zgodnie z planami producenta będzie rozwijał się w kierunku
większych przepustowości łącza radiowego. W wersji WalkAir 3000 podstawową szerokością
kanału radiowego będzie 14 MHz, co umożliwi transmisję strumieni 34 Mb/s.
W pierwszej fazie system WalkAir 3000 zostanie przygotowany na pasmo 26 GHz. W
jednym sektorze umożliwi przenoszenie czterech strumieni 34 Mb/s w kanałach o szerokości
14 MHz przy użyciu tej samej anteny. Tak jak w poprzednich wersjach zastosowano czasowe
zwielokrotnienie dostępu TDMA z dupleksem częstotliwościowym na wielu nośnych. System
będzie mógł obsłużyć na jednej nośnej do 64 terminali. Nowością jest zastosowanie dwóch
typów modulacji: 16 QAM i QPSK. Gdy wymagana jest duża pojemność, a abonenci
rozmieszczeni są w pobliżu stacji bazowej, stosuje się modulację 16-QAM (duża pojemność,
mały zasięg). Gdy abonenci są oddaleni od stacji bazowej, to system automatycznie
przechodzi na modulację QPSK (mniejsza pojemność, większy zasięg). Poprzez
automatyczny wybór modulacji system umożliwia uzyskanie dużej pojemności i dużego
zasięgu. W systemie nowej generacji możliwe będzie uzyskanie wymaganej jakości
świadczenia usługi QoS (Quality of Service) pomiędzy dwoma punktami (end-to-end).
Przewiduje się zainstalowanie w terminalu następujących interfejsów: 10/100BaseT, nxE1,
V.35/X.21. Stacja bazowa dysponować będzie interfejsami: 10/100BaseT, nxE1, E3 i STM-1.
Konstrukcja systemu zapewnia możliwość jego instalacji na tych samych masztach i łagodny
sposób wymiany starszego systemu na najnowszy.
ONU
E1 V5.1
ISDN/POTS
WALKair
(TCP/IPmodem)
ISDN
Terminal
TA X.25
ONU
E1 V5.1 ISDN/POTS
WALKair
X21 FR/Ethernet
TCP/IP 2Mb/s
Terminal
X21 FR
Frame Relay 64kb/s
ONU
E1 V5.1 ISDN
WALKair
WALKair
G.703
Linia dzierżawiona 2Mb/s
Terminal
Stacja bazowa
X21 FR/Ethernet
TCP/IP 512
kb/s
WALKair
RJZ
ATM 2Mb/s
G.703
Terminal
Rys. 10. Sposób wykorzystania terminalu WalkAir do świadczenia różnych usług (Siemens)
Inne rozwiązanie struktury interfejsu radiowego systemu szerokopasmowego dostępu
zaproponowały firmy Ericsson i Lucent Technologies. Zastosowały one w łączu radiowym
transmisję pakietową komórek ATM. Rozwiązanie firmy Ericsson o nazwie MiniLink BAS
zaprezentowano w [2]. System OnDemand firmy Lucent Technologies jest rozwijany w
kierunku skuteczniejszego wykorzystania radiowych zasobów. Niedawno zmieniono jego
nazwÄ™ na AirStar [10, 11].
W łączu radiowym do stacji bazowej zastosowano czasowe zwielokrotnienie dostępu
TDMA, a w łączu stacja bazowa - terminal czasowe zwielokrotnienie TDM. Na każdej stacji
bazowej pary kanałów dupleksowych mogą być zwielokrotniane czestotliwościowo FDM.
Jednym z ważniejszych rozwiązań firmowych jest protokół dostępu do kanału radiowego
MAC (Medium Access Control). Lucent Technologies stosuje opatentowany protokół o
nazwie CellMac zapewniający uzyskanie wymaganej jakości świadczenia usług QoS (Quality
of Service) oraz dynamicznego przydziału pasma DBA (Dynamic Bandwidth Allocation)
System AirStar został przystosowany do świadczenia usług telekomunikacyjnych o
symetrycznym zapotrzebowaniu na przepustowość. Usługi transmisji dz
więku realizowane są
poprzez dołączenie do terminalu AirStar centralki PABX lub wąskopasmowej sieci
dostępowej. Stosuje się do tego styk E1 lub styk nx64 kb/s terminalu. Na podstawie
sygnalizacji związanej z realizacją usługi PRA terminal może dynamicznie przydzielać
pasmo.
Usługi transmisji danych realizowane mogą być poprzez styk Ethernet 10/100BaseT,
styk E1, nx64 kb/s oraz styk FRF.5 (Frame Relay). Pasmo przydzielane jest w dynamiczny
sposób dla transmisji pakietowej IP poprzez styki 10/100BaseT oraz poprzez styk FR. Usługi
linii dzierżawionych realizowane są na bazie styku E1, natomiast usługi wideokonferencyjne
poprzez styki 10/100BaseT lub V.35/X.21. System AirStar umożliwia zatem realizację usług
wymagających i niewymagających gwarantowanego pasma. System wyposażono w interfejs
STM-1 do sieci szkieletowej. StrukturÄ™ systemu przedstawiono na rysunku 11.
Terminal AirStar
PABX (E1)
SRU
SAS
E1
7/14 MHz
ATM
V.35
PSTN
centrala
10/100BaseT
Użytkownik końcowy
ATM
BRU
155Mb/s
konc.
155Mb/s 155 Mb/s
BSS
SDH SDH
Terminal AirStar
ATM
ATM
ATM
PABX (E1) UNI
SRU UNI
ATM
SAS (usługi
E1
IP, FR, LAN )
7/14 MHz
V.35
Stacja bazowa
10/100BaseT
RJZ
Węzeł udostępniania usług WUU
Użytkownik końcowy
Rys. 11. Struktura systemu AirStar
W skład systemu AirStar wchodzą następujące elementy: półka stacji bazowej BSS
(Base Station Shelf), moduł radiowy BRU (Base Radio Unit), moduł modemów BMM (Base
Modem Module) oraz sterownik stacji bazowej BSC (Base Station Controller) tworzÄ…ce stacje
bazową oraz moduł radiowy SRU (Subscriber Radio Unit) i moduł dostępowy SAS
(Subscriber Access System) wchodzące w skład terminalu abonenckiego.
Moduły radiowe systemu mogą pracować z pasmem 7 MHz lub 14 MHz przenosząc
ruch z szybkoS
cią odpowiednio 8 Mb/s lub 16 Mb/s (modulacja QPSK). Jedna półka stacji
bazowej może zawierać dwa moduły modemów BMM, każdy obsługujący cztery moduły
radiowe. Stacja może pracować z protekcją 1+1 lub bez protekcji (2+0) ale z dwukrotnie
większą pojemnoS
ciÄ…. Dynamika regulacji mocy wyjS
ciowej modułów radiowych wynosi 50
dB, co gwarantuje pracę prawidłowo zaprojektowanego systemu w szczególnie złych
warunkach atmosferycznych. Z prostych obliczeń wynika, że jedna półka może obsłużyć ruch
o szybkoS
ci 128 Mb/s. W najbliższej przyszłoS
ci producent wprowadzi do użytku moduły
radiowe stosujące modulacje 16-QAM. Dzieki temu możliwe będzie dwukrotne zwiększenie
pojemnoS
ci stacji bazowej. Ponieważ wymagany do zapewnienia transmisji z bitową stopą
błędów mniejszą od 10-6 stosunek C/I dla modulacji QPSK wynosi 23 dB, a dla modulacji 16-
QAM jest wiekszy o 7 dB, to zasięg systemu stosującego modulacje 16-QAM jest mniejszy.
Na rysunku 12 przedstawiono typowe zasięgi system AirStar dla dwóch regionów opadów E i
K występujących na terytorium Polski.
Zwiększona pojemnoS
ć systemu stosującego modulacje 16-QAM w połączeniu z
mniejszym zasięgiem powoduje, że system ten ma znacznie większą pojemnoS
ć transmisyjną
przypadającą na jednostkę powierzchni obsługiwanego obszaru wyrażoną w Mb/s/km2.
Zastosowanie modulacji wyższego rzędu w sieciach LMDS składających się z prawidłowo
zaprojektowanych wielu stacji bazowych prowadzi jednak w konsekwencji do zwiększenia
powierzchni, w której występują zakłócenia. Dla modulacji QPSK powierzchnię zakłócaną
szacuje siÄ™ na 2% a dla 16-QAM na 7%.
13 km
10 GHz ITU E
~ 9 km
10 GHz ITU K
~ 5 km
10 GHz ITU N
26/28 GHz ITU E
4.6 km
26/28 GHz ITU K
2.9
Range
km
1.5
26/28 GHz ITU N
RJZ
Rys. 12.Typowe zasięgi systemu AirStar w pasmie 10,5 GHz oraz pasmach 26/28 GHz dla
regionów ITU E, K i N
SATELITARNE SYSTEMY DOST
PU SZEROKOPASMOWEGO
Ostatnie lata pokazały, że systemy satelitarne rozwijają się w kierunku świadczenia
usług masowych, takich jak dostarczanie telewizji, radiofonii i podstawowych usług
telekomunikacyjnych oraz usług szybkiej transmisji danych do indywidualnych odbiorców.
Systemy, które były systemami rozsiewczymi (np. rozsiewcza telewizja satelitarna)
wprowadzają na szeroką skalę technikę cyfrowej transmisji sygnałów oraz usługi
interaktywne. Tworzone sÄ… systemy do szybkiej transmisji danych w oparciu o konstelacje
satelitarne na niskich orbitach. Konstelacje te są również stosowane przez systemy do wolnej
transmisji danych (Small LEO) oraz świadczenia podstawowych usług telefonicznych POTS
(Big LEO). Zestawienie podstawowych parametrów wybranych systemów satelitarnych
stosujÄ…cych niegeostacjonarne satelity NGSO (Non-GeoStationary Orbit) przedstawiono w
tabeli 2 [12].
Spośród systemów stosujących satelity NGSO wymienionych w tabeli 2 jedynie
system Skybridge można traktować jako szerokopasmowy system dostępowy. Pozostałe
systemy dysponujÄ… zbyt wolnymi Å‚Ä…czami (Iridium, Globalstar, Orbcomm, Leo One, New Ico)
lub stanowią zintegrowaną platformę transmisyjną zawierającą zarówno system dostępowy
jak i system szkieletowy z komutacją realizowaną na pokładzie satelity (Teledesic). System
Iridium przedstawiono w [13], Globalstar w [14], Leo One w [15, 16], Teledesic w [17].
Systemy satelitarne pracujÄ…ce w oparciu o satelity geostacjonarne takie jak: DirecPC, Astra
Net i ARCS realizują funkcje systemu dostępowego.
Tabela 2. Podstawowe parametry wybranych systemów satelitarnych NGSO
System Szybkość Wysokość i Liczba Częstotliwość Ruting Opóz
nienie Usługi Kondycja finansowa
transmisji typ orbity satelitów (GHz)
[kb/s]
Ä™! “! km Ä™! “! s
Ä™! “! Ä™! “!
Ä™! “! Ä™! “!
Ä™! “! Ä™! “!
Iridium 2,4 2,4 780 LEO 66 1,62 1,62 satelitarny 0,1 dostępne system przejęty przez nową
(www.iridium.com) firmÄ™
Globalstar 9,6 9,6 1410 LEO 48 1,62 2,49 naziemny 0,1 dostepne problemy finansowe
(www.globalstar.com) rozwiÄ…zane
Orbcomm 2,4 9,6 820 LEO 88 0,149 0,138 naziemny 400 dostępne problemy finansowe
(www.orbcomm.com) (procedura ochrony przed
bankructwem)
Leo One 9,6 24 950 LEO 48 0,149 0,401 naziemny 60 od 2003r problemy finansowe
(www.leo1.com) rozwiÄ…zane
New Ico 64 64 10390 MEO 10 2,19 2,00 satelitarny 0,2 od 2003r system przejęty przez nową
(www.ico.com) firmÄ™
Skybridge 2000 20000 1469 LEO 80 13,6 11,7 naziemny 0,1 od 2003r problemy finansowe
(www.skybridgesatellite. rozwiÄ…zane
com)
Teledesic 2000 64000 1350 LEO 288 28,9 19,1 satelitarny 0,1 od 2005r problemy finansowe
(www.teledesic.com) rozwiÄ…zane
Ä™! - Å‚Ä…cze terminal naziemny - satelita “! - Å‚Ä…cze satelita - terminal naziemny (na podstawie Network Magazine, kwiecieÅ„ 2001)
Tabela 3. Podstawowe parametry wybranych systemów satelitarnych GSO
System Szybkość Wysokość i Liczba Częstotliwości Ruting Opóz
nienie Usługi Kondycja finansowa
transmisji typ orbity satelitów (GHz)
[Mb/s]
Ä™! “! km Ä™! “! s
Ä™! “! Ä™! “!
Ä™! “! Ä™! “!
Ä™! “! Ä™! “!
DirecPC - 38 GSO 1 - naziemny 0,5 dostępne problemy finansowe
rozwiÄ…zane
Astra Net/ARCS 0,144 lub 38 GSO 2 29,5 - 10,7 - naziemny 0,5 dostępne problemy finansowe
2,048 30 12,75 rozwiÄ…zane
Astrolink 0,016 - 155 GSO do 9 29,5 - 19,7 - satelitarny 0,5 od 2003r brak danych
10,4 30,0 20,2
Spaceway 0,384 - 6 92 GSO do 21 28,35 - 17,7 - satelitarny 0,5 od 2002r brak danych
30,0 20,2
Spośród systemów stosujących satelity NGSO wymienionych w tabeli 2 jedynie
system Skybridge można traktować jako szerokopasmowy system dostępowy. Pozostałe
systemy dysponujÄ… zbyt wolnymi Å‚Ä…czami (Iridium, Globalstar, Orbcomm, Leo One, New Ico)
lub stanowią zintegrowaną platformę transmisyjną zawierającą zarówno system dostępowy
jak i system szkieletowy z komutacją realizowaną na pokładzie satelity (Teledesic). System
Iridium przedstawiono w [13], Globalstar w [14], Leo One w [15, 16], Teledesic w [17].
Systemy satelitarne pracujÄ…ce w oparciu o satelity geostacjonarne takie jak: DirecPC, Astra
Net i ARCS realizują funkcje systemu dostępowego.
Architektura systemów satelitarnych
System satelitarny może pełnić rolę sieci dostępowej (rys. 13a) lub rolę sieci
dostępowej i szkieletowej (rys. 13b). W pierwszym przypadku sygnał nadawany z terminala
abonenckiego odbierany jest przez satelitę, który transmituje go do naziemnej stacji
satelitarnej. Poprzez połączenia tej stacji satelitarnej z naziemną infrastrukturą
telekomunikacyjną, pełniącą rolę sieci szkieletowej, następuje przesłanie sygnału do adresata
np. serwera WWW lub w pobliże adresata i dalej poprzez naziemną lub satelitarną sieć
dostępową do terminala adresata.
Satelita Satelita
Dostawcy usług
Szkieletowa sieć naziemna
Terminal Terminal
Stacja bazowa
Stacja bazowa
a)
Sieć satelitarna z łączami ISL
Szkieletowa sieć satelitarna
Szkieletowa sieć naziemna
b)
RJZ
Rys. 13. System satelitarny jako sieć dostępowa (a) lub sieć dostępowa i szkieletowa (b)
W drugim przypadku sygnał nadany z terminala i odebrany przez satelitę jest
przesyłany łączami międzysatelitarnymi ISL (Inter Satellite Links), poprzez satelity sieci,
przetwarzające sygnał (on board processing) i komutujące połączenie, do satelity
obsługującego adresata w określonej wiązce lub poprzez tzw. bramę (Gateway) do naziemnej
sieci szkieletowej.
A
ącza międzysatelitarne można tworzyć nie tylko pomiędzy satelitami znajdującymi
się na orbitach tego samego rodzaju. Planuje się również zastosowanie łączy do satelitów geo-
stacjonarnych. W rozwiÄ…zaniach tego typu uzyskuje siÄ™ korzystny bilans energetyczny Å‚Ä…cza
związanego z terminalem. Problem stanowi jednak duże opóz
nienie sygnału.
Z architekturą szerokopasmowych systemów satelitarnych powiązana jest ściśle
budowa modułu telekomunikacyjnego satelity. Wyróżnia się dwie podstawowe metody
obsługi strumienia danych przez moduł telekomunikacyjny satelity (rys. 14):
" retransmisja sygnału (bent pipe),
" przetwarzanie i komutacja sygnału (onboard processing and switching).
Większość dotychczas stosowanych satelitów działa jak stacje retransmisyjne (rys.
14a). Powoduje to, że nie jest możliwa regeneracja sygnału na satelicie. Bilans energetyczny
łącza musi uwzględniać łączny wpływ łącza Ziemia - satelita i satelita - Ziemia. Wpływa to na
rozmiary stosowanych anten i emitowane moce. Sygnał retransmitowany nie może być wyko-
rzystany do dynamicznego sterowania wiązkami antenowymi. Oczywiście nie oznacza to, że
w systemach tych nie można sterować wiązkami antenowymi. Sterowanie odbywa się poprzez
odrębne łącza i system nadzoru satelity. Retransmisja sygnału przez satelitę ma bardzo cenną
zaletę. Odbywa się ona w sposób przezroczysty. Strukturę sygnału można więc dowolnie
modyfikować na Ziemi pod warunkiem, że zmianie nie ulegnie szerokość pasma zajmowana
przez sygnał. Można w ten sposób wprowadzać nowsze typy protokołów transmisyjnych.
Dobrze znane i sprawdzone są też rozwiązania techniczne stosowane przy tym typie
transmisji.
RETRANSMISJA
REGENERACJA SYGNAA
U
(Bent Pipe)
(Regenerative Satellite)
Satelita
Satelita
Częstotliwości łącza "w dół"
Częstotliwości lacza "w górę"
RJZ RJZ
a) b)
KOMUTACJA I PRZETWARZANIE
KOMUTACJA, PRZETWARZANIE i A

CZA MI
DZYSATELITARNE
(Switching and Processing)
(Switching and Processing)
Satelita
Satelita
RJZ
RJZ
c) d)
Rys. 14. Satelita pracujący jako stacja retransmisyjna systemu dostępowego a), jako stacja
retransmisyjna z regeneracja sygnału b), jako moduł komutacyjno - przetwarzający c) i jako
moduł komutacyjno - przetwarzający z łączami międzysatelitarnymi d)
Wraz z rozwojem technik przetwarzania i komutacji sygnałów pojawiły się
rozwiązania realizujące te funkcje na pokładzie satelity. Pojawiła się nowa kategoria satelitów
z regeneracją sygnału (Regenerative Satellite) (rys. 14b). Procesowi temu poddaje się tylko
sygnały cyfrowe, uzyskując korzystniejszy bilans energetyczny łącza satelitarnego. Przy
użyciu tego typu satelitów tworzy się satelitarne systemy dostępowe. Jeśli oprócz regeneracji
sygnału urządzenia telekomunikacyjne na pokładzie satelity interpretują dane zawarte w
kanałach sygnalizacyjnych, to możne je zastosować np. do komutacji przestrzennej związanej
z użyciem wielowiązkowych anten i kierowaniem sygnału do właściwej wiązki (rys. 14c).
Jeśli ponadto satelita wyposażony jest w łącza międzysatelitarne, to dane sterujące można
wykorzystać do budowy w przestrzeni kosmicznej sieci transmisyjnych, komutowanych lub
pakietowych, z satelitami wyposażonymi w anteny z dynamicznie sterowanymi wiązkami
(rys. 14d). Stosowane anteny i nadawane moce mogą być mniejsze, gdyż na pokładzie satelity
sygnał jest również regenerowany. Ma to szczególne znaczenie w przypadku małych terminali
stacjonarnych oraz terminali przenośnych i ruchomych. W tym przypadku łącze nie jest
jednak przezroczyste. Dostosowane jest ono do określonego typu protokołu. Znacznie
komplikuje się również budowa modułu telekomunikacyjnego satelity. Problemem staje się
zapewnienie odpowiedniej niezawodności systemu, gdyż naprawa satelity w przestrzeni
kosmicznej nie jest brana pod uwagÄ™.
Zakresy częstotliwości
W zakresach częstotliwości VHF i UHF przypisanych służbom satelitarnym (od 137
do 401 MHz) nie ma odpowiednio szerokich pasm do świadczenia usług szerokopasmowych.
Pasma te stosowane sÄ… przez systemy  Little/Small LEO do wolnej transmisji danych
(Orbcomm, Leo One). W zakresach częstotliwości L (1610 do 1626,5 MHz) i S (2483,5 do
2500 MHz) również nie jest możliwe realizowanie transmisji szerokopasmowych. Pasma te
stosują systemy  Big LEO świadczące podstawowe usługi telefoniczne, transmitujące krótkie
wiadomości SMS (Short Mesaage Service) i umożliwiające lokalizację terminala, np. Irydium
i Globalstar. Pasmo C (4 do 8 GHz) stosowane jest głównie w satelitarnych łączach
dosyłowych. Nie przewiduje się jego stosowania w satelitarnych systemach multimedialnych.
Pasmo Ku (10 do 18 GHz) jest obecnie eksploatowane przez radiodyfuzjÄ™ satelitarnÄ….
W pasmie tym pracuje również szereg systemów satelitarnych realizujących połączenia
Internetowe. Planuje siÄ™ stosowanie tego pasma w systemach szerokopasmowych do
transmisji danych do abonenta. Kanał zwrotny (od abonenta) realizowany będzie w pasmie
Ka. Istnieją również rozwiązania stosujące pasmo Ku do transmisji w obu kierunkach i
wykorzystujące przestrzenną separację wiązek, np. system Skybridge. Umożliwia to
zachowanie kompatybilności elektromagnetycznej systemu z innymi systemami satelitarnymi
pracujÄ…cymi w tych samych pasmach. Pasmo Ku stosowane jest przez DirecPC, Astra Net,
ARCS i jest wykorzystane do tworzenia szerokopasmowych systemów z możliwością
wprowadzenia usług interaktywnych realizowanych w kanale zwrotnym w paśmie Ka.
Wprowadzane są również systemy interaktywne wykorzystujące właściwości kanału
rozsiewczego DVB-S i kanału zwrotnego zbudowanego w oparciu o system VSAT. Terminal
satelitarny VSAT wyposażony jest dodatkowo w odbiornik DVB-S. Systemy tego typu
wykorzystujÄ… pasmo Ku przypisane satelitarnej telewizji rozsiewczej i systemom VSAT.
Przykładem tego typu rozwiązania jest system SkyBlaster firmy Gilat.
Rys. 15. Terminal satelitarny systemu SkyBlaster firmy Gilat
W pasmie Ka stosowanym w Å‚Ä…cznoÅ›ci satelitarnej (18 ÷ 31 GHz) istnieje możliwość
wykorzystania ok. 1,5 GHz w zakresie częstotliwości 19,7 do 21,2 GHz (łącze satelita -
terminal) i 29,5 do 31 GHz (łącze terminal - satelita) do transmisji szerokopasmowych. Więk-
szość satelitarnych systemów multimedialnych planuje wykorzystanie tego pasma. Ze
względu na duży tłumiący wpływ opadów atmosferycznych, terminale pracujące w tym
pasmie powinny prawidłowo funkcjonować przy zanikach dochodzących do 20 dB.
Pasmo V (40 ÷ 75 GHz) oferuje znacznie wiÄ™ksze szerokoÅ›ci pasma dla systemów
multimedialnych. W przyszłych systemach satelitarnych zamierza się wykorzystać często-
tliwości w pobliżu 40/50 GHz, wiele firm złożyło w FCC (Federal Communications
Commission) zapotrzebowanie na te częstotliwości. Technologia elementów pracujących w
tym zakresie jest mniej zaawansowana i wymaga dalszych badań. Wpływ opadów at-
mosferycznych na bilans łącza satelitarnego jest jeszcze większy niż dla pasma Ka, kompli-
kuje to budowę terminali. Pasmo to przewidziane jest również do łączności ze stacjami
umieszczonymi w stratosferze na wysokoÅ›ci ok. 20 km (Å‚Ä…cze stratosfera - Ziemia: 47,2 ÷ 47,5
GHz i Å‚Ä…cze Ziemia - stratosfera: 47,9 ÷ 48,2 GHz), sÅ‚użącymi do budowy regionalnych
systemów multimedialnych.
Stosowane protokoły, platformy transmisyjne
W satelitarnych systemach szerokopasmowych przewiduje siÄ™ zastosowanie
następujących typów protokołów i platform cyfrowych:
" protokołu TCP/IP,
" platformy cyfrowej DVB-S,
" protokołu ATM.
Protokoł TCP/IP
Protokoł TCP/IP został opracowany i zoptymalizowany do pracy w łaczach o bardzo
małej stopie błędu i bardzo małym opóz
nieniu. Z tych względów jego stosowanie w łączach
satelitarnych, czyli w łączach charakteryzujących się dużą wartością iloczynu przepustowości
i opóżnienia propagacyjnego oraz relatywnie większą stopą błędu nie jest optymalne [18, 19,
20].
Problemy zwiÄ…zane z implementacjÄ… TCP/IP w szerokopasmowych satelitarnych
łączach o relatywnie dużym opóx
nieniu występują zarówno w odniesieniu do warstwy
sieciowej IP, jak i do warstwy transportowej TCP [21, 22, 23, 24].
Mniej problemów stwarza implementacja IP. Głównym problemem jest tzw. czas
życia datagramu TTL (Time To Live). Ze względu na dzielenie (fragmentację) pakietu IP nie
można generować dwóch identycznych datagramów w czasie kilku minut. Żródło pakietów IP
nie może wysłać dwóch datagramów o identycznych identyfikatorach IP do tego samego
odbiorcy przy użyciu tego samego protokołu w czasie odpowiadającym maksymalnej
długoS
ci życia datagramu, czyli ok. 2 min. JeS
li ten warunek nie jest dotrzymany, to
datagramy mogą być błędnie składane. Pole o rozmiarze 16 bitów umożliwia zapisanie
256x256=65536 róznych identyfikatorów. Przyjmując, że czas TTL wynosi 120 s uzyskujemy
maksymalnÄ… szybkoS
ć generacji datagramów równą 65536/120=546 datagramów/s. JeS
li
dodatkowo przyjmiemy, że transmitowane datagramy mają maksymalny rozmiar równy 65536
bitów, to możemy wyznaczyć maksymalną szybkoS
ć transmisji 546x65536=357,8 Mb/s.
Problem ograniczonej szybkoS
ci transmisji rozwiązano przy użyciu mechanizmu MTU
Discovery. Mechanizm ten umożliwia hostowi okreS
lenie maksymalnego rozmiaru
datagramu, który nie jest dzielony (nie ulega fragmentacji) w łączu. Bezbłędne składanie
datagramów wymaga, by rutery stosowały mechanizm MTU i właS
ciwie ustawiały w
datagramie bit DF (Don t Fragment).
Dużo poważniejsze trudnoS
ci napotyka implementacja protokołu TCP. WiększoS
ć z
nich została zauważona w ostatnich latach przy okazji masowego wprowadzania
szerokopasmowych łaczy o dużym iloczynie opóx
nienia Ä i szerokoS
ci pasma B, tzw. Å‚Ä…czy
LFN (RFC 1323). W roku 1970, gdy rodził się protokół TCP, typową wartoS
ciÄ… iloczynu ÄB
było 56 kb/s x 0,25 s = 14 kb. Obecnie iloczyn ten wynosi 2,46 Gb x 0,25 s = 615 Mb.
Pierwszą z występujących niedogodnoS
ci jest zapewnienie niepowtarzalnoS
ci numeru
kolejnego (Sequence Number) wysyłanego bajtu przez ok. 2 min., co umożliwia transmisje z
szybkoS
cią do 286 Mb/s. Wprowadzenie tzw. znaczników czasu (Time Stamp) przez IETF
(Internet Engineering Task Force) rozwiązało ten problem [21, 22].
IETF rozwiązało również drugi problem związany z długoS
ciÄ… okna transmisyjnego
TCP wynoszącego w wielu aplikacjach kilka kB. Standardowa długoS
ć okna TCP jest
ograniczona do wartoS
ci 65536 oktetów (216 oktetów). Prowadzi to do ograniczenia
maksymalnej szybkoS
ci transmisji poprzez satelitÄ™ geostacjonarnego do wartoS
ci
216x8/ÄRTT=65536*8/520 ms =126*8 kb/s H" 1 Mb/s, przy czym ÄRTT jest opóx
nieniem na
trasie Ziemia - satelita - Ziemia i z powrotem. Przez wprowadzenie skalowania okna,
polegającego na wykorzystaniu mnożnika skali okna (Multiplication Factor of Window Size)
można było zwiększyć jego rozmiar. WielkoS
ć tego mnoS
nika, nie przekraczajÄ…ca wartoS
ci
214, umożliwia uzyskanie maksymalnego rozmiaru okna równego 216 x 214 = 230 i
maksymalnej szybkoS
ci transmisji równej Rb(GEO) = 230x8/ÄRTT = 16384 x 1 Mb/s = 16,384
Gb/s [21, 23].
Najpoważniejszym i do dzisiaj nie rozwiązanym problemem jest bardzo niska
skutecznoS
ć wykorzystania szerokopasmowego kanału satelitarnego spowodowana
działaniem jednego z podstawowych algorytmów pracy TCP jakim jest algorytm wolnego
startu SSA (Slow Start Algorithm). Algorytm ten składa się z algorytmu eksponencjalnego
zwiększania rozmiaru segmentu (Probing Algorithm) oraz mechanizmu interpretacji utraty
segmentu TCP jako oznaki przeładowania łącza.
Czas t, w którym szybkoS
ć transmisji w łączu osiąga optimum można wyznaczyć z
ëÅ‚
Ä Å" Rb öÅ‚öÅ‚
ëÅ‚
RTT
zależnoS
ci: t = Ä ìÅ‚1 + log ÷Å‚ , przy czym l jest S
rednią długoS
ciÄ… segmentu.
ìÅ‚ ÷Å‚
RTT 3
íÅ‚ Å‚Å‚Å‚Å‚
l
íÅ‚
2
Dla gigabitowych satelitarnych łączy GSO opóx
nienie wynosi ÄRTT=0,5 s a czas t do
osiągnięcia optymalnej szybkoS
ci wynosi 29Å"ÄRTT=14,5 s. W tym czasie wiÄ™ksza czÄ™S
ć
pojemnoS
ci łącza jest tracona. Najgorsza sytuacja występuje wtedy, gdy transmisja danych
jest zakończona zanim algorytm SSA zakończy optymalizację długoS
ci segmentu.
Użytkownik w takim przypadku nigdy nie uzyska szybkoS
ci transmisji danych zbliżonej do
przepustowoS
ci łącza. Taka sytuacja występuje dla protokołu i aplikacji WWW. W celu
polepszenia skutecznoS
ci wykorzystania łącza IETF rozważa możliwoS
ć rozpoczęcia
transmisji od segmentu o podwójnej lub poczwórnej długoS
ci. Dzięki temu uzyskujemy
wyższą skutecznoS
ć dla krótkich transmisji.
Negatywne oddziaływanie na skutecznoS
ć wykorzystania łącza ma również
mechanizm interpretacji utraty segmentu TCP jako oznaki przepełnienia łącza, szczególnie
gdy zacznie on działać we wczesnej fazie pracy algorytmu SSA. Taki sposób interpretacji
prowadzi do znacznego niedoszacowania pojemnoS
ci transmisyjnej Å‚Ä…cza i do linearyzacji w
czasie eksponencjalnego procesu przyrostu szybkoS
ci transmisji. Badania symulacyjne -
potwierdzone eksperymentalnie - pokazują, że dla satelitarnych łączy GSO o gigabitowej
przepustowoS
ci uzyskanie optymalnej szybkoS
ci transmisji może trawć kilkanaS
cie godzin!
Jednym z rozważanych przez IETF sposobów częS
ciowego rozwiÄ…zania tego problemu jest
zastosowanie selektywnego potwierdzenia SACK (Selective Acknoledge) [21, 24]. Uzyskuje
się dzięki temu lepszą skutecznoS
ć wykorzystania łącza i lepsze oszacowanie jego
przepustowoS
ci.
Obecnie łącza satelitarne umożliwiają transmisję z szybkoS
ciÄ… od kilku kb/s do ok. 622
Mb/s oraz charakteryzują się relatywnie małymi opóx
nieniami przy transmisji poprzez satelity
LEO w porównaniu do transmisji poprzez satelity GSO. Zwiększenie skutecznoS
ci transmisji
z zastosowaniem protokołu TCP będzie możliwe tylko wtedy, gdy zastosowane zostaną
wszystkie nowoczesne mechanizmy zwiększenia skutecznoS
ci takie jak: szerokie okno
startowe, PAWS (Protect Against Wrapped Sequences) i SACK oraz zostanie zmniejszony
wpływ algorytmu SSA.
Platforma cyfrowa DVB-S
Platforma cyfrowa DVB-S (Digital Video Broadcasting - Satellite) [25 - 36]
wyznacza nowe standardy radiodyfuzji satelitarnej i świadczenia usług multimedialnych.
Platforma cyfrowa obejmuje oprócz specyfikacji stosowanych protokołów również:
" metody kodowania określonych typów sygnałów MPEG 2 (Moving Picture Experts
Group),
" sposób dołączenia do nich dodatkowych informacji służących m.in. do odpowiedniego
konfigurowania dekodera i jego synchronizacji SI (Service Information),
" rozsiewczÄ… transmisjÄ™ danych (DVB Data Broadcasting),
" metody zabezpieczenia sygnału przed zakłóceniami za pomocą kodowania kaskadowego:
kod zewnętrzny (Outer Code) Reeda-Solomona, przeplot, kod wewnętrzny (Inner Code) w
postaci kodu splotowego z wymazywaniem (Punctured Convolutional Code).
Podstawową jednostką transmisji danych w DVB-S jest kontener o pojemności 188
bajtów. W celu zapewnienia elastyczności systemu i adaptacji do pracy w różnorodnych wa-
runkach, zależnych od: mocy, rozmiaru anteny, uzyskiwanej stopy błędu można zmieniać
sprawność kodu wewnętrznego. Do transmisji stosuje się modulację QPSK (rys. 5). Strumień
o przepływności 38 Mb/s może zawierać: od 4 do 8 programów telewizyjnych, 150 progra-
mów radiowych, 550 połączeń ISDN lub kombinację tych sygnałów.
Strumień I
X
Koder
bitów
Kształtowanie Modulator
Wymazywanie
splotowy
widma
QPSK
Y Q RJZ
Rys. 16. Kodowanie i modulacja w DVB-S
Platforma cyfrowa DVB stosuje do kodowania z
ródłowego sygnałów fonicznych i
wizyjnych standard MPEG-2. Kodowanie to znacznie redukuje szybkość transmisji sygnału.
Typowe wymagane szybkości transmisji zależą od zawartości informacyjnej sygnału
wizyjnego i wymagań jakościowych. DVB-S ma wbudowane mechanizmy dostępu
warunkowego CA (Conditional Access). Usługi interakcyjne świadczone przez DVB
wymagają kanału zwrotnego. Istnieje szereg rozwiązań. Dotychczas opracowano standardy
tworzenia kanału zwrotnego poprzez publiczną sieć telefoniczną PSTN i poprzez sieć z inte-
gracją usług ISDN. W przygotowaniu są normy związane z tworzeniem kanału zwrotnego
poprzez satelitę. Platforma DVB-S opracowana została dla silnie niesymetrycznego ruchu,
dlatego wymagania dla kanału zwrotnego nie są krytyczne.
Podstawowa siła cyfrowej platformy DVB-S, to możliwość rozsiewczej transmisji
wielkich ilości danych z bardzo dużą szybkością i bardzo dobrym zabezpieczeniem przed
wszelkiego rodzaju błędami transmisji. Rozsyłane dane mogą reprezentować sygnały foniczne
i wizyjne, zbiory danych lub inne struktury informacji podstawowej. W celu umożliwienia
transmisji tak różnych typów danych i wykorzystania dodatkowo takich mechanizmów, jak
powtarzanie transmisji tych samych danych w określonych lub losowych interwałach czaso-
wych, opracowano specjalnÄ… specyfikacjÄ™ dotyczÄ…cÄ… realizacji transmisji danych. Specyfikacja
ta umożliwia operatorowi przesyłanie poprzez łącza satelitarne oprogramowania, świadczenie
usług internetowych (tunelowanie protokołu IP), realizację interakcyjnej telewizji, itd.
Wyróżnia się cztery profile - obszary zastosowań transmisji danych (rys. 17).
Danociąg (Data Pipe) - jest to prosty transport danych pomiędzy użytkownikami końcowymi
(end-to-end).
Transport strumieni danych (Data Streaming) - jest to transmisja asynchronicznych, synchro-
nicznych lub synchronizowanych strumieni danych pomiędzy użytkownikami końcowymi.
Wieloprotokołowe kapsułkowanie (Multiprotocol Encapsulation) - jest to zastosowanie
mechanizmów transportowych DVB do różnych usług transmisji danych.
Karuzela danych (Data Carousel) polega na periodycznej transmisji zbiorów danych. Obszar
zastosowań tego profilu obejmuje aplikacje podobne do teletekstu, gdy strony zastąpimy
zbiorami danych.
Platforma DVB-S zastosowana została do świadczenia usług internetowych. Kanał
zwrotny można realizować na dwa sposoby:
" wykorzystujÄ…c naziemne sieci transmisji danych,
" wykorzystujÄ…c Å‚Ä…cze satelitarne.
W pierwszym przypadku rozwiÄ…zanie zwane jest jako  Turbo-Internet . Rozsiewcza
transmisja danych (Data-casting) i usługi internetowe transmitowane są zazwyczaj poprzez
wolne pojemności transponderów satelitów geostacjonarnych i odbierane za pomocą
typowych odbiorczych parabolicznych anten o średnicy 45 cm. Odebrany sygnał przesyłany
jest przewodem współosiowym do komputera wyposażonego w kartę DVB. Karta ta dekoduje
informacje i prezentuje je na przeglądarce. Można również otrzymane informacje zapisać na
twardym dysku i przeglądnąć poz
niej.
1. DanociÄ…g
1
1
0
1
0
Transmisja danych
0 1
1
DVB
0
1
0
1
2. Transmisja strumieni
Sygnał foniczny
Transmisja danych
Dane
DVB
Sygnał wizyjny
3. Wieloprotokołowe kapsułkowanie
Transmisja danych
TCP/IP
DVB
4. Karuzela danych
.xls
.pic
.dll
.dll
Transmisja danych
.doc
DVB
RJZ
Rys. 17. Cztery profile transmisji danych w DVB
Kanał zwrotny realizowany jest za pomocą sieci publicznej. Użytkownik łączy się z
komputerem systemu (hostem) lub określonym miejscem WWW. Karta DVB użytkownika
wyposażona jest w mechanizm warunkowego dostępu CA (Conditional Access)
współpracujący z systemem zarządzania. Umożliwia to nadawcy śledzenie i taryfikację
danych odebranych przez użytkownika. Nadawane informacje mogą być odbierane jedno-
cześnie przez wiele milionów użytkowników znajdujących się na obszarze obsługiwanym
przez satelitę geostacjonarnego. Transmisja danych z szybkością 30 Mb/s umożliwia
przesłanie zawartości dysku optycznego w trzy minuty. Uruchomienie Turbo-Internetu nie
wymaga wielkich nakładów kapitałowych.
W końcowej fazie realizacji znajduje się inne rozwiązanie, realizujące kanał zwrotny
poprzez satelitÄ™ i wymagajÄ…ce odpowiednich terminali satelitarnych SIT (Satellite Interactive
Terminal). Rozwiązanie to przedstawione zostanie w dalszej części referatu.
Protokół ATM
W wielu rozwiązaniach systemów satelitarnych planuje się zastosowanie protokołu
ATM (Asynchronous Transfer Mode) [37, 38]. Protokoł ten transmituje dane umieszczone w
komórkach (Cell) o stałej długości 53 bajtów. ATM umożliwia transmisję danych z
szybkością od 2 Mb/s do 2,4 Gb/s. Protokoł działa na zasadzie zestawiania wirtualnego
kanału pomiędzy dwoma punktami, gdy zachodzi potrzeba transferu danych. Różni to go od
protokołu TCP/IP, w którym wiadomość transmitowana jest w formie pakietów i każdy z nich
może dotrzeć do adresata inną drogą. Zgodnie z protokołem ATM dane mogą być transmito-
wane poprzez różnorodne media transmisyjne. Jednakże, ze względu na nagłówek komórki
(cell-tax) zajmujący 5 bajtów, nie opłaca się go stosować w sytuacjach, w których prędkość
transmisji jest niewielka a podstawowym ograniczeniem jest pojemność łącza np. w tele-
fonicznych Å‚Ä…czach modemowych.
W sieciach ATM wyróżnia się następujące kategorie usług:
" CBR (Constant Bit Rate) - odnosi się do usług charakteryzujących się stałym zapo-
trzebowaniem na pasmo, takich jak emulacja łączy (circuit emulation), transmisja głosu
bez kompresji i mechanizmu wykrywania ciszy (silence removal);
" VBR (Variable Bit Rate) - odnosi się do usług generujących strumień danych o zmiennej
szybkości. Jest to klasa, która umożliwia realizację usług poprzez adaptację do wymagań
na parametry strumienia danych. Wyróżnia się dwie podklasy:
" rt-VBR (real time VBR), w której można oszczędnie operować pasmem poprzez
multipleksację statystyczną. Tą klasę można stosować dla strumieni o nierównomiernym
charakterze ruchu. Dość trudno jest adaptować tę usługę w łączach satelitarnych;
" nrt-VBR (non-real time VBR) która nie jest zależna od czasu. Jest stosowana do usług
wymagajÄ…cych szybkiej reakcji, lecz nie generujÄ…cych ruchu o zmiennym charakterze
(np. transakcje bankowe, systemy nadzoru);
" ABR (Available Bit Rate) - odnosi się do usług bez istotnych wymagań czasowych z
zachowaniem możliwości zagwarantowania w ograniczonym zakresie sprawiedliwego
podziału pasma. Kryterium podziału pasma jest dopuszczalny poziom traconych komórek.
Jeśli przepustowość łącza na to pozwala, to transmisja może odbywać się szybciej niż z
szybkością gwarantowaną;
" UBR (Unspecified Bit Rate) - odnosi się do usług bez jakiejkolwiek gwarancji jakości dla
transmisji informacji nie wymagającej określenia dopuszczalnych poziomów opóz
nienia
lub fluktuacji opóz
nienia.
Warstwy adaptacyjne dla wymienionych wcześniej usług są następujące:
" AAL1 dla CBR,
" AAL2 dla VBR,
" AAL3/4 dla usług datagramowych,
" AAL5 dla protokołów transmisyjnych obsługujących szybkie transmisje.
Protokoł ATM gwarantuje użytkownikowi różne poziomy jakości świadczonych usług
QoS (Quality of Service).
W systemach satelitarnych w dużym stopniu zintegrowanych z sieciami ATM stosuje
się w łączu radiowym protokół bardzo podobny do standardowego protokołu ATM. ATM
zastępuje się warstwą S-ATM rozszerzoną o obsługę dostępu do medium MAC (Medium
Access Control) i warstwy fizycznej Å‚Ä…cza radiowego.
Protokół S-ATM ma zmodyfikowany format nagłówka komórki ATM. Pakiet S-ATM
łączy w sobie funkcje nagłówka MAC i ATM zastępując komórkę ATM. Cztery bity pola
GFC (Generic Flow Control) standardowej komórki ATM zostały usunięte, gdyż ich
wykorzystanie nie jest zdefiniowane. Może to jednak wpłynąć na przyszłe zastosowanie S-
ATM, gdy pole GFC zostanie wykorzystane. Identyfikator S
cieżki wirtualnej (VPI) i kanału
wirtualnego (VCI) zostały zastąpione satelitarną wersją identyfikatorów SVPI i SVCI, które
wykorzystuje przełącznik na pokładzie satelity. Ponadto, z uwagi na występowanie większej
liczby błędów w łączu satelitarnym nagłówek komórki jest dodatkowo kodowany nadmiarowo
w celu zapewnienia poprawnego przenoszenia i utrzymania współczynnika CMR (Cell
Misinsertion Ratio) błędnie kierowanych komórek na niskim poziomie. Stosuje się kod BCH
(31,26) [39].
GEOSTACJONARNE SYSTEMY DOST
POWE
Systemy te stosują łącza satelitów geostacjonarnych. Zapewniają pokrycie dużych
obszarów znajdujących się w zasięgu satelity. Terminale stacjonarne mogą używać kierunko-
wych anten o dużym zysku, które poprawiają bilans energetyczny łącza i umożliwiają
transmisje danych z dużymi szybkościami.
Jednym z wdrażanych obecnie systemów multimedialnych, bazującym na
geostacjonarnych satelitach ASTRA jest system ARCS (ASTRA Return Channel System).
Kanał zwrotny wykorzystuje pasmo Ka [40]. Użytkownik łączy się poprzez swoj terminal
interakcyjny SIT wyposażony w stacjonarną małą antenę, multimedialny komputer osobisty
lub zintegrowany odbiornik cyfrowy i dekoder IRD (Integrated Receiver Decoder) z
interakcyjnym serwerem w stacji centralnej. W kanale zwrotnym można multipleksować i
nadawać różne typy wiadomości: obraz, dane, faks lub dzwięk. Informacja do jednego lub
grupy abonentów wprowadzana jest do strumienia DVB/MPEG-2 w centrum nadawczym i
nadawana w pasmie Ku. Odbiorcza stacja centralna pracujÄ…ca w pasmie Ka i nadawcza stacja
centralna pracujÄ…ca w pasmie Ku znajdujÄ… siÄ™ w tym samym miejscu. Interakcyjny terminal
abonencki SIT może wysłać wiadomość tylko wtedy, gdy odbiera informację sygnalizacyjną
w pasmie Ku. Kanał zwrotny stanowi część cyfrowej sieci ze stacją centralną pełniącą funkcję
interfejsu (gateway) do naziemnej sieci telekomunikacyjnej. Terminal abonencki nadaje
informacje do stacji centralnej przy użyciu protokołu IP lub ATM. Unika się w ten sposób
problemów z kompatybilnością z protokołami stosowanymi w sieci naziemnej. Ponadto
wybór IP podyktowany jest dostępnością wielu aplikacji a ATM wybrano, by zapewnić
połączenia pomiędzy dwoma terminalami z gwarantowaną jakością QoS. Szeroki zbiór usług
wymaga elastyczności i prawie bezbłędnej transmisji QEF (Quasi Error Free) w kanale
zwrotnym (BER na poziomie 10-10).
Transmisja do abonentów systemu ARCS odbywa się przy wykorzystaniu platformy
cyfrowej DVB-S zgodnej ze standardami ETSI. Na rys. 18 przedstawiono możliwe do
zastosowania kombinacje protokołów odpowiednio dla kanału zwrotnego i kanału
podstawowego.
W kanale zwrotnym komórki ATM (53 bajty) są kodowane przy użyciu kodu
złożonego, składającego się z 16 bajtowego kodu RS i kodu splotowego przypominającego
kod używany w DVB-S. Tak przygotowany strumień danych (pakietów) modulowany jest
QPSK i przesyłany z terminala SIT do centrum.
Terminal SIT stosuje wieloczęstotliwościowe czasowe zwieloktotnienie dostępu MF-
TDMA (Multi-Frequency TDMA). Tworzona jest macierz częstotliwościowo - czasowa ze
szczelinami zdolnymi pomieścić jeden pakiet. Każdy terminal może skorzystać z dowolnej
szczeliny czasowo-częstotliwościowej.
Aplikacje
Aplikacje
Inne protokoły
TCP UDP
Inne
Tele-Fonia
w IP
Inne Sekcja
Inne protokoły Inne
usługi Wizja Inne protokoły
tekst Sekcja
TCP
UDP protokoły protokoły
w ATM
w PES
w IP
Inne protokoły SI
PSI
Inne protokoły w sekcji
Datagramy IP
w ATM w strumieniu prywatnej
transmisyjnym TS
IP
AAL x AAL 5
Kapsułkowanie
Sekcja
Sekcja
Pakiety PES
wieloprotokołowe
prywatna
MPEG/DVB
Komórki ATM
DVB
ATM
Pakiety TS MPEG-2
RJZ
RJZ
a)
b)
Rys. 18. Protokoły w kanale a) zwrotnym, b) rozsiewczym
Sygnalizacja nadawana w kanale podstawowym dostarcza terminalowi informacji o
błędach czasowo-częstotliwościowych i alokacji pasma (szczelin). Nadawana jest ona w
jednym lub wielu kanałach wirtualnych realizowanych przez platformę DVB. Transmitowane
są również tablice z informacją, gdzie znalez
ć kanały sygnalizacyjne i dane dotyczące
konfiguracji sieci (m.in. dane o segmentacji zasobów dostępnych w trybie losowym i na
żądanie, dane o szybkości transmisji symboli, o częstotliwościach i położeniu szczelin
czasowych).
Interaktywny terminal abonencki SIT składa się z części zewnętrznej ODU (Outdoor
Unit), łącza p.cz. IFL (Inter Facility Link) i części domowej (rys. 19).
950 - 2150 MHz
Pasmo ku
np. 10 base T
Rx
IEEE 1394
USB
Pasmo ka
Odniesienie 10 MHz
Tx
2500 - 3000 MHz
Tx wł/wył
UrzÄ…dzenie
Część
abonenta
domowa
(PC, IRD, TV)
RJZ
Rys. 19. Abonencki terminal interaktywny SIT
Część zewnętrzna terminala SIT składa się z anteny parabolicznej, uniwersalnego
niskoszumnego bloku (pojedynczego, podwójnego tub poczwórnego) odbierającego sygnały
w zakresie czÄ™stotliwÅ›ci 10,70 ÷ 12,75 GHz, hybrydowego promiennika na pasma Ku/Ka i
modułu nadawczego pracującego w pasmie Ka. Podstawowe parametry elektryczne terminala
SIT zawarte sÄ… w tabeli 4.
Tabela 4. Parametry terminala systemu ARCS
Parametr Wartość
Pasmo nadawcze Tx
29,50 ÷ 30,00 GHz
Pasmo odbiorcze Rx
10,70 ÷ 12,75
Polaryzacja liniowa
Åšrednica anteny
0,6 ÷ 1,2 m
Moc nadajnika
0,5 ÷ 2 W
Maksymalna szybkość transmisji danych
144 ÷ 2048 kb/s
użytkownika
Szybkość transmisji - krok 16 kb/s
Cena terminala (docelowa) <1000 $
System ARCS wykorzystuje satelity geostacjonarne Astra-1H i Astra-1K (Astra-1H
już pracuje). Współczynnik przydatnoÅ›ci systemu odbiorczego na satelicie G/T wynosi od 8 ÷
14 dB/K (nominalnie 10 dB/K). Obszar Polski jest obejmowany przez wiÄ…zkÄ™ satelity Astra
1H, transmitującą kanał podstawowy. Warunki dobrego odbioru zapewnione są dla anteny o
średnicy 60 cm (w zachodniej części wystarczy 50 cm). Również prawie cała Polska znajduje
się w jednej z 8 wiązek kanału zwrotnego (południowo-zachodnia część ma szczególnie dobre
warunki do nadawania). Satelita Astra-1K będzie miał wiązkę kanału głównego przesuniętą
na wschód. Polska znajdzie się w całości w obszarze dobrego odbioru (antena 60 cm). Jedna z
16 wiązek kanału zwrotnego jest skierowana na Polskę i w całości ją obejmuje (rys. 20).
ASTRA 1H (kanał zwrotny)
ASTRA 1H - kanał podstawowy
Rys. 20. Zasięg kanału rozsiewczego i zwrotnego systemu ARCS (satelita ASTRA 1H)
GLOBALNE SATELITARNE SYSTEMY DOST
POWE
W fazie opracowania i realizacji znajduje się system Skybridge pełniący rolę
szerokopasmowej satelitarnej platformy dostępowej. Działa w oparciu o konstelację
składającą się z 80 satelitów umieszczonych na niskich orbitach LEO o wysokości 1469 km i
wykorzystuje częstotliwości z kasma Ku. Architektura systemu zapewnia transmisję całego
ruchu generowanego przez terminale naziemne poprzez satelity do satelitarnnych stacji
bazowych (Gateway) pełniących rolę interfejsów do sieci naziemnej. Stacja bazowa obsługuje
abonentów w promieniu 350 km. System Skybridge nie stanowi alternatywnego rozwiązania
dla naziemnej infrastruktury telekomunikacyjnej, jest raczej jej uzupełnieniem. Jego filozofia
w świadczeniu usług multimedialnych przypomina filozofię systemu Globalstar w odniesieniu
do klasycznych usług telefonicznych POTS. Twórcy systemu podjeli szereg strategicznych
decyzji, jednoznacznie określających właściwości systemu:
" konstelacja LEO umożliwia stosowanie małych anten w terminalach, zapewnia małe
opóz
nienia sygnału, podobne jak w sieciach naziemnych; można zatem stosować protokoł
TCP/IP;
" pasmo Ku (10 ÷ 18 GHz) o znanych charakterystykach propagacyjnych i dobrze opanowanej
technologii zmniejsza ryzyko i obniża koszty;
" satelity retransmisyjne (bent pipe) bez przetwarzania sygnału na pokładzie i bez łączy
między satelitami są tanie; cała inteligencja systemu znajduje się na Ziemi, co obniża
koszty, skraca czas niezbędny do uruchomienia systemu, zwiększa elastyczność systemu w
stosunku do wymagań rynku i ułatwia integrację z istniejącą siecią naziemną;
" koncentracja  inteligencji sieci w naziemnych urzÄ…dzeniach, pracujÄ…cych w oparciu o
protokoł ATM zapewnia lepszą integrację z siecią naziemną.
System SkyBridge jest szerokopasmowym systemem dostępowym dostarczającym
abonentowi usługi multimedialne. Zbudowany jest z dwóch podsystemów:
" segmentu kosmicznego, stanowiącego własność firmy SkyBridge Limited Partnership (LP),
" segmentu naziemnego, składającego się z około 200 satelitarnych stacji bazowych
(Gateway) należących do lokalnych operatorów oraz terminali abonenckich, które są
dzierżawione lub stanowią własność abonenta.
Stacje bazowe będą wyposażone w przełączniki ATM, ułatwiające integrację systemu
z sieciÄ… naziemnÄ…. Przewidywany koszt taniego, stacjonarnego terminala wynosi ok. 700 $.
Segment kosmiczny tworzy konstelacja złożona z 80 aktywnych satelitów (plus 4 sa-
telity zapasowe na Ziemi) rozmieszczonych na 20 orbitach, po 4 satelity na każdej orbicie.
Zastosowano koÅ‚owe orbity o wysokoÅ›ci 1469 km i kÄ…cie inklinacji 53° (rys. 21), co pozwala
objąć zasięgiem obszar kuli ziemskiej zawarty pomiędzy dwoma równoleżnikami o sze-
rokoÅ›ci geograficznej Ä…68°.
Satelity wyposażone będą w odbiorniki nawigacyjne GPS, umożliwiające precyzyjne
określenie pozycji i samoczynne jej korygowanie.
Masa startowa satelity wynosi 1250 kg, z czego 400 kg przypada na blok
telekomunikacyjny (rys. 22). Każdy satelita tworzy na powierzchni Ziemi 18 komórek.
Wiązki antenowe tworzące te komórki są elektronicznie sterowane w taki sposób, by komórki
nie przemieszczały się na powierzchni Ziemi wraz z ruchem satelity. Tworzy się dzięki temu
na powierzchni Ziemi sieć stałych komórek. Całkowita przepustowość satelity dla odbiera-
nych danych wynosi 2 Gb/s, a dla nadawanych - 6 Gb/s.
Rys. 21. Konstelacja satelitów SkyBridge
Rys. 22. Satelita systemu SkyBridge
Segment naziemny tworzy sieć stacji bazowych połączonych ze sobą rozległą siecią
transmisji danych WAN oraz terminale abonenckie. Każda stacja bazowa i każdy terminal
znajdujący się w zasięgu systemu SkyBridge ma zapewnioną widoczność conajmniej jednego
satelity na pozycji nie powodującej zakłóceń z innymi systemami satelitarnymi i pod kątem
elewacji większym od minimalnego. Drugi satelita jest zawsze dostępny w momencie
przenoszenia transmisji. Proces przenoszenia nadzorowany jest przez stacjÄ™ bazowÄ…. Stacja
bazowa ma na celu zestawienie wirtualnych połączeń pomiędzy terminalami abonenckimi a
sieciÄ… naziemnÄ…. Stacja bazowa kieruje ruch do odpowiedniej sieci naziemnej
(wÄ…skopasmowej, szerokopasmowej lub Internetu) poprzez odpowiednie interfejsy. Jedna
stacja bazowa może świadczyć usługi dla wielu komórek. Ponadto stacja bazowa może być
dołączona do naziemnej infrastruktury telekomunikacyjnej poprzez inną stację bazową, gdy
bezpośrednie połączenie nie jest możliwe. Dzięki temu uzyskuje się możliwość rozszerzenia
zasięgu systemu do obszarów o małej gęstości zaludnienia i słabej infrastrukturze naziemnej.
Maksymalna przepustowość nadajnika stacji bazowej wynosi 2,4 Gb/s a odbiornika 870 Mb/s.
Opracowano dwa typy terminali abonenckich:
" terminale indywidualne, które są na tyle małe, że można je zainstalować na dachu domu
jednorodzinnego; terminale te mogą jednocześnie śledzić dwa satelity (możliwość
przenoszenia transmisji) i odbierać sygnał o szybkości transmisji 20 Mb/s i nadawać z
szybkością 2 Mb/s;
" terminale zbiorowe, które są większe i mogą przenosić pięciokrotnie większy ruch, (100
Mb/s - odbiór, 10 Mb/s - nadawanie)
Terminale mogą być dołączone do komputerów PC, wideotelefonów, telefonów i
odbiorników telewizyjnych w wersji indywidualnej lub do sieci rozprowadzających i LAN-ów
w wersji zbiorowej.
Gospodarka zasobami częstotliwościowymi systemu odbywa się centralnie poprzez
przesłanie do każdej stacji bazowej i satelity planów przydziału częstotliwości. Dzięki temu
stacje bazowe i satelity są wcześniej zaprogramowane i mogą realizować procedury
przenoszenia. Terminal abonencki nie jest wyposażony w mapy stref zabronionych. Może on
nadawać do satelity tylko wtedy, gdy odbiera poprzez satelitę sygnał pochodzący z
obsługującej terminal stacji bazowej i otrzymuje zezwolenie do nadawania wraz z niezbędną
częstotliwością.
System SkyBridge stosować będzie radiowy interfejs łączący techniki zwielokrotnienia
dostępu CDMA, TDMA i FDMA. Uzyskane w systemie opóz
nienia nie będą większe niż 120
ms. Koszt segmentu kosmicznego wyniesie, według planów, 4,2 mld $ a naziemnego 1,9 mld
$. Realizacja systemu finansowana jest przez wiele firm. Alcatel ma kontrolny pakiet.
INNE ROZWI
ZANIA RADIOWYCH SYSTEMÓW DOST
POWYCH
Dla regionalnych szerokopasmowych systemów dostępowych pojawiły się również
rozwiązania, które zastępują satelity tzw. platformami stratosferycznymi HAP (High Altitude
Platform). Najbardziej znanym projektem jest SkyStation. Zaproponowano w nim
umieszczenie bloku telekomunikacyjnego na pokładzie sterowca, który przy użyciu małych
silników utrzymywać się będzie w stratosferze na wysokości ok. 21 km. Do transmisji
przewidziano dwa pasma czÄ™stotliwoÅ›ci: 47,2 ÷ 47,5 GHz dla Å‚Ä…cza stratosfera - Ziemia i 47,9
÷ 48,2 dla Å‚Ä…cza Ziemia - stratosfera. Blok telekomunikacyjny systemu poÅ‚Ä…czony bÄ™dzie z
naziemną siecią poprzez radiowe łącza T1/E1. Abonenci będą mieli do dyspozycji łącza o
przepływności 10 Mb/s dla jednej nośnej.
Platforma stratosferyczna (rys. 23) znacznie skuteczniej wykorzystuje widmo. Obszar
metropolii w promieniu 100 km od centrum może być obsługiwany przez jedną wiązkę
satelity geostacjonarnego, przez nie więcej niż 6 do 9 wiązek satelity LEO i przez aż 700 do
1000 wiązek tworzonych przez platformę stratosferyczną. Współczynnik powtórnego
wykorzystania częstotliwości jest więc dla platform stratosferycznych o dwa rzędy wyższy.
Platformy nie wymagają wynoszenia za pomocą rakiet. Mogą się przemieszczać lub zawisnąć
w określonym miejscu, wykorzystując własne silniki. Mogą być również ponownie sprowa-
dzane na Ziemie w celu naprawy lub modernizacji.
Ryts. 23. Szerokopasmowy system dostępowy z platformą stratosferyczną
Parametry systemu o szerokości pasma 2 GHz zebrano w tabeli 5.
Tabela 5. Parametry systemu z platformÄ… stratosferycznÄ…
PLATFORMA
Wysokość zawieszenia
21 ÷ 23 km
Zasięg (średnica) 1000 km
Liczba wiÄ…zek >1000
Czas użytkowania
5 ÷ 10 lat
Pojemność 2,06 Gb/s
TERMINAL ABONENCKI
Szerokość kanału po 5 MHz dla łącza  w dół i  w górę
Zakresy częstotliwości
1885÷1980 MHz
2110÷2160 MHz (Region 2 - Europa)
Modulacja QPSK
DostępW-CDMA
Szybkość transmisji
8,0 ÷ 16 kb/s gÅ‚os
384 kb/s dane
Moc 25 mW
PODSUMOWANIE
Ostatnie lata przyniosły burzliwy rozwój szerokopasmowych systemów radiowych.
Wśród nich znajdują się szerokopasmowe naziemne i satelitarne systemy dostępowe. Rozwój
tych systemów kształtowany był przez potrzeby sektora zajmującego się rozpowszechnianiem
programów radiowych i telewizyjnych w sieciach radiodyfuzyjnych i kablowych oraz
potrzeby sektora telekomunikacyjnego kierującego swój dalszy rozwój w stronę usług
multimedialnych. Wyścig technologiczny prowadzi do coraz doskonalszych rozwiązań
zaspokajających potrzeby obu sektorów. Dostępowe systemy rozsiewcze satelitarne i
naziemne wyposażane są w coraz doskonalsze kanały zwrotne, umożliwiające nie tylko
obsługę multimedialnych usług interaktywnych ale również świadczenie usług
telekomunikacyjnych z szybkim dostępem do Internetu jako usługą wiodącą. Naziemne
szerokopasmowe systemy dostępowe dysponują łączami o coraz większej przepustowości. W
paśmie od 40,5 GHz do 42,5 GHz z możliwością rozszerzenia do 43,5 GHz jest dostatecznie
dużo miejsca do realizacji kanału rozsiewczego. Być może w niedalekiej przyszłości
będziemy świadkami powstania radiowych systemów szerokopasmowych o uniwersalnym
zastosowaniu. Dzięki masowej produkcji terminale przyszłych systemów będą na tyle tanie,
że staną się dostępne dla masowego odbiorcy, tak jak to się stało z telefonami komórkowymi.
Przy analizie szerokopasmowych radiowych systemów dostępowych nie można nie
docenić ich rozsiewczej (multikastowej) natury [41]. Naziemne sieci przewodowe są z natury
swego działania sieciami unikastowymi. W przypadku rozwiązań radiowych multikasting jest
niedocenianym jeszcze w chwili obecnej dobrem, które w zasadniczy sposób może zwiększyć
skuteczność działania wielu usług multimedialnych i obniżyć koszty. Multikastowa natura
radiowych systemów dostępowych umożliwia skuteczną realizację usług strumieniowych,
czyli udostępnienia usług multimedialnych takich jak wizja, fonia i inne w czasie
rzeczywistym poprzez Internet lub Intranety bez konieczności oczekiwania na składowanie i
bez konieczności poświęcania do tego celu pamięci masowych.
LITERATURA
[1] EN 301 199,  Digital Video Broadcasting; Interaction channel for Local Multi-point
Distribution Systems (LMDS) , ETSI, czerwiec 1999.
[2] T. W. Więckowski, R. J. Zieliński, A. Dąbrowski, F. Lewicki,: Multimedialne systemy
bezprzewodowe , Materiały z Konferencji Naukowo-Technicznej Systemy i Technologie
Telekomunikacji Multimedialnej STM 2000, A
ódz
14-15 marca 2000r. (str. 181-195).
[3] ETSI TR 101 274:  Transmission and Multiplexing (TM); Digital Radio Relay Systems
(DRRS); Point-to-multipoint DRRS in the access network; Overview of different access
techniques , v.1.1.1, 1998-06.
[4] ETSI EN 301 753, Fixed Radio Systems; Point-to-Multipoint equipments and antennas;
Generic harmonized standard for Point-to-Multipoint digital fixed radio systems and antennas
covering the essential requirements under Article 3.2 of the Directive 1999/5/EC , v.1.1.1,
2001-03.
[5] ETSI EN 301 080,: Transmission and Multiplexing (TM); Digital Radio Relay Systems
(DRRS);Frequency Division Multiple Access (FDMA); Point-to-multipoint DRRS in the bands
allocated to the fixed service in the range from 3 GHz to 11 GHz, v.1.1.1, 1999-02,
[6] ERC Recommendation 14-03,: Harmonized radio frequency channel arrangements for low and
medium capacity system in the band 3400 MHz to 3600 MHz.
[7] ERC Recommendation 12-05,: Harmonized radio frequency channel arrangements for digital
terrestrial fixed systems operating in the band 10,0 to 10,68 GHz.
[8] ERC Recommendation 13-02,: Preferred channel arrangements for fixed services in the range
22.0 - 29.5 GHz.
[9] Materiały informacyjne firmy Siemens.
[10]  Broadband Wireless Point-to-Multipoint System OnDemand 10 GHz , Lucent Technologies,
PL/00-WR 469, sierpień 2000.
[11] Materiały informacyjne firmy Lucent Technologies.
[12] A. Dornan.: The Last Five Hundred Miles , Network Magazine, kwiecień 2001 (str. 56-68).
[13] D.J. Bem,: Irydium-pierwszy satelitarny system komunikacji osobistej , Materiały Krajowej
Konferencji Radiodyfuzji i Radiokomunikacji KKRR 99, Poznań, maj 1999 (str.117-120).
[14] T.W. Więckowski, R.J. Zieliński: System Globalstar , Materiały Krajowej Konferencji
Radiodyfuzji i Radiokomunikacji KKRR 99, Poznań, maj 1999 (str.121-124).
[15] R.J. Zieliński,:  Monitorowanie przewozu niebezpiecznych ładunków za pomocą systemu
satelitarnego LEO ONE . Krajowa Konferencja Radiokomunikacji Ruchomej. KKRR '98.
Poznań, maj 1998. (str. 85-88).
[16] R.J. Zieliński:  System Leo One , NetWorld 1998 nr 8 (str. 84-90).
[17] D.J. Bem, T.W. Więckowski, R.J. Zieliński,: Broadband Satellite Systems , IEEE
Communications Survey, I Quarter 2000, (http://www.comsoc.org/pubs/surveys
/1q00issue/pdf/Zielinski.pdf).
[18] Gertjan van Oosten,: TCP throughput over a satellite link simulator , Technical Workshop
 Internet Protocols over Satellite , ESA-ESTEC, January 1999
(www.estec.esa.nl/artes3/workshop/gertjan.html).
[19] Yurong Hu, V.O.K. Li,: Satellite-Based Internet: A Tutorial , IEEE Communications
Magazine, marzec 2001 (str.154-162).
[20] M. Marchese,: Performance Analysis of the TCP Behavior in a GEO Satellite Environment ,
Computer Communications Journal, Special Issue on the Performance Evaluation of
Telecommunication Systems: Models, Issues and Applications, Vol. 24, Issue 9, maj 2001 (str.
877-888).
[21] C. Patridge, T.J. Shapard,  TCP/IP Performance over Satellite Links , IEEE Network,
Sep./Oct. 1997.
[22] V. Jacobson (LBL), R. Braden (ISI), D. Borman (Cray Research),:  TCP Extensions for High
Performance , RFC 1323, May 1992.
[23] W. Stevens (NOAO),:  TCP Slow Start, Congestion Avoidance, Fast Retransmit, and Fast
Recovery Algorithms , RFC 2001, January 1997.
[24] M. Mathis, J. Mahdavi (PSC), S. Floyd (LBNL), A. Romanow (Sun Microsystems),:  TCP
Selective Acknowledgment Options , RFC 2018, October 1996.
[25] ETSI EN 300 421,: DVB; Framing structure, channel coding and modulation for 11/12 GHz
satellite services , v1.1.2. (1997-08).
[26] ETSI EN 300 468,: DVB; Specification for Service Information (SI) in DVB Systems . v.1.3.1.
(1998-02).
[27] ETSI EN 301 192,: DVB; DVB specification for data broadcasting . v.1.2.1. (1999-01).
[28] ETR 211  DVB,; Guidelines on implementation and usage of Service Information SI .
[29] ETS 300 801),: DVB; Interaction channel through PSTN/ ISDN (1997-08).
[30] ETS 300 802,: DVB; Network-independent protocols for DVB interactive services (1997-10).
[31] prETS 300 803,: DVB; Interaction channel for Satellite Master Antenna TV distribution
system (SMATV) .
[32] ETSI TR 101 194,: DVB; Guidelines for implementation and usage of the specification of
network independent protocols for DVB interactive services . v.1.1.1. (1997-06).
[33] ETSI TR 101 201,: DVB; Interaction channel for Satellite Master Antenna TV (SMATV)
distribution systems; Guidelines for versions based on satellite and coaxial sections . v.1.1.1.
(1997-10).
[34] ETSI TR 101 202,: DVB; Implementation guidelines for Data Broadcasting . v.1.1.1. (1999-
02).
[35] ETR 154,: DVB; Implementation guidelines for the use of MPEG-2 Systems, Video and Audio
in satellite, cable and terrestrial broadcasting applications .
[36] ETR 162,: DVB for television, sound and data services; Allocation for Service Information
(SI) codes for Digital Video Broadcasting (DVB) systems .
[37] E.G. Cuevas,  The Development of Performance and Availability Standards for Satellite ATM
Networks , IEEE Communications Magazine, July 1999.
[38] C.P. Charalambous, V.F. Frost, J.B. Evans,  Performance Evaluation of TCP Extensions on
ATM over High Bandwidth Delay Product Networks , IEEE Communications Magazine, July
1999.
[39] I. Mertzanis, G. Sfikas, R. Tafazolli, B. G. Evans,: Protocol Architectures for Satellite ATM
Broadband Networks , IEEE Communications Magazine, marzec 1999.
[40]  ASTRA Return Channel System, Systems Description Documentation , Societe Europeenne
des Satellites, (Doc. No.: ARCS.240.DC-E001-0.2), Issue 0.2, May 1998.
[41] P.J. Brown,: Streaming and Caching: Bandwidth Efficiency I Top Priority , Via Satellite,
kwiecień 2001.