Даешь воздух!

Николай Прокофьев

На Всемирном телекоммуникационном семинаре выступает немецкий докладчик:
— Мы провели раскопки и на глубине, соответствующей середине XVIII века, нашли кусок медного кабеля.
Это доказывает, что уже тогда в Европе были телефоны.
Выступает американский оппонент:
— А мы провели раскопки у себя и на глубине, соответствующей середине XVI века, нашли кусок медного кабеля.
Это означает, что уже индейцы пользовались телефонами.
Выступает российский докладчик:
— Ну а мы на глубине, соответствующей началу прошлого тысячелетия, не нашли ничего.
Это означает, что уже Рюрик пользовался мобильным телефоном.

Немного истории

MMDS сегодня

MMDS на практике, или Как это работает

MMDS и Интернет

MMDS в России: цены и перспективы

MMDS vs. наземное кабельное вещание: список преимуществ

MMDS — за и против

В современном стремительно меняющемся мире телекоммуникаций необходимость привязки к проводным коммуникациям является тяжким бременем. На пути увеличения скоростей и предоставления более качественных услуг главным препятствием становится не сложность и даже не высокая стоимость новой технологии, а неспособность физических каналов связи обеспечить необходимую пропускную способность. Кроме того, наличие физического канала ставит компании в зависимость от хозяев территории, по которой он проходит, и резко снижает надежность функционирования системы в целом. К тому же, обладание кабельным каналом стоит достаточно дорого. Поэтому значительные усилия направляются на разработку недорогой в обслуживании беспроводной системы, способной удовлетворить потребности большинства пользователей. На настоящий момент одной из самых популярных технологий является технология MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System). Ее основное преимущество заключается в значительном запасе прочности по возможности расширения спектра предоставляемых услуг. Это вызвано ростом конкуренции именно на почве предоставления дополнительных сервисов (возможно, за отдельную плату), предлагаемых провайдером в добавление к основному набору услуг.

Сейчас на Западе полным ходом идет конвергенция услуг: операторы, традиционно занимавшиеся чем-то одним (например, ТВ), ищут дополнительные способы (читай — новые услуги), чтобы привлечь и удержать клиентов. Это выражается в расширении списка доступных сервисов. В самом ближайшем будущем подобная тенденция будет характерна и для нашей страны, то есть весь набор услуг, предоставляемых сейчас различными операторами (таких, например, как кабельное телевидение, телефония, Интернет, VoD и пр.), будет предоставляться одним оператором и по одному каналу. Что это будет за канал — пока неизвестно, но ориентация на расширение перечня предоставляемых услуг выражена достаточно отчетливо.

Немного истории

Своим появлением технология MMDS обязана искренней любви американцев к свободе. По большому счету, именно та относительная легкость (по сравнению со странами тогда еще существовавшего социалистического лагеря), с какой в США можно было добиться разрешения на организацию телевизионного вещания в определенном округе, и солидные доходы, которые можно было получить при этом на рекламе и предоставлении дополнительных услуг, оказали определяющее влияние на стремительный рост частных телевизионных компаний. Однако на пути этого роста стояли весьма серьезные юридические, политические и иные сложности, связанные с прокладкой кабельного канала по муниципальным, государственным и частным владениям¹. Именно поэтому расширение кабельных телевизионных сетей в городах шло крайне медленно, а в сельской местности — отсутствовало вообще. Конечно, выходом могла стать аренда уже существующих каналов (или части их полосы пропускания), однако это не избавляло от основного недостатка кабельных коммуникаций — отсутствия гибкости, а также от сложностей с увеличением зоны охвата. В этом разрезе беспроводные системы, подобные современным системам сотовой связи, имеют бесспорные преимущества. Естественно, вышесказанное не означает, что все местные студии телевещания тут же начали переходить на беспроводное вещание. Те из них, которые являлись дочерними образованиями местных телефонных и энергетических компаний, просто прокладывали свой кабель, грубо говоря, на одном столбе с телефонными и энергетическими коммуникациями соответственно. А вот их конкурентам приходилось очень сложно, и именно на них первоначально ориентировались разработчики новой технологии.

MMDS — хронология первых лет:

1934 год — знаменитым актом о связи (Communications Act) в Соединенных Штатах создана Федеральная служба связи (Federal Communications Commission, FCC), подчиненная непосредственно Конгрессу. В задачи КСС входит регулирование вопросов, связанных с радио, телевизионными, проводными, спутниковыми и кабельными системами связи.

1961 — 1964 годы — США и Канада развернули информационную службу телевизионных стандартов (International Television Fixed Service, ITFS), использующую для работы частотный диапазон 2500-2700 МГц.

1963 год — используя наработки ITFS, под эгидой FCC начато вещание 31 телевизионного канала в том же диапазоне, предназначенных для нужд местного телевизионного вещания.

1968 год — FCC выделило дополнительный частотный диапазон 2150-2165 МГц для службы MDS (Multipoint Distribution System), положившей начало современной технологии MMDS. В этом частотном диапазоне вещало 2 канала.

1971 год — служба MDS начала предоставлять услуги на рынке кабельного телевизионного вещания. Первоначальными потребителями услуги были коммерческие организации, однако со временем услуги распространились и на частных подписчиков по причине своей низкой стоимости.

1980 год — количество подписчиков переваливало за 1 млн., однако острая конкуренция с кабельными системами вещания вынудила искать способы увеличения количества транслируемых каналов.

1983 год — служба FCC создала и начала эксплуатацию многоканальной MD-системы. Использование новой технологии позволило довести количество транслируемых каналов до 25 аналоговых каналов при диапазоне 2,5-2,7 ГГц и при ширине одного канала 8 МГц. Этот год можно считать годом кончины классической MD-системы и годом рождения известной нам технологии MMDS.

MMDS сегодня

В настоящее время системы MMDS позиционируются на рынке как альтернатива классическим кабельным сетям. Уже сейчас в мире развернуто большое количество MMDS-систем, предоставляющих как классическое кабельное телевидение, так и расширенные сервисы (доступ в Интернет, интерактивное телевидение и прочие широкополосные услуги). Именно возможность интеграции существующей MMDS-инфраструктуры с высокоскоростным беспроводным обменом цифровыми данными позволяет предоставлять на базе этой технологии услугу организации «последней мили». Следует отметить, что указанная услуга предоставляется как бы «на десерт» — в качестве дополнения к услугам трансляции местных телевизионных каналов.

В приложении к условиям России технология MMDS позволяет решить сразу несколько проблем. Во-первых, российские просторы (леса, болота, озера и т.п.) в ряде случаев затрудняют прокладку кабельных коммуникаций — сколько денег стоит проложить в каждую деревню хотя бы по одной медной паре! Во-вторых, в условиях мегаполисов развернуть кабельную инфраструктуру доступа в Интернет практически невозможно. Поэтому использование этой технологии позволит сэкономить средства. В-третьих, необходимо отдавать себе отчет в том, что любая развернутая на местности кабельная инфраструктура по сути своей является, так сказать, одноразовой, то есть при переезде в другой офис ее придется тянуть заново. Это неприятно уже в масштабах офиса, а теперь представьте себе, что вы хозяин студии кабельного телевидения и что целый район обслуживаемого вами города сносят под строительство стадиона, а все жители переезжают в другое место. Мгновенно все вложения в кабельную инфраструктуру обесцениваются, и вы вновь оказываетесь перед необходимостью повторно создавать кабельную инфраструктуру уже на новом месте. В случае же использования MMDS-технологии все проблемы сведутся к 2-3-часовой работе бригады монтажников по свертыванию базовой станции, вещающей на этот район, и к последующей ее перевозке на машине типа популярной «Газели» в новый район и к развертыванию станции на новом месте. К тому же переезжающие пользователи самостоятельно перевезут свое клиентское оборудование и после переезда продолжат работать так, словно никуда и не переезжали.

MMDS на практике, или Как это работает

Простейшая структурная схема MMDS показана на рис. 1. Оригинальный сигнал (аудио-, телевизионный или сигнал данных) поступает сначала на модулятор, а затем на частотный конвертор, переносящий частоту исходного пакета в MMDS-диапазон. При этом каждый канал проецируется в свой частотный диапазон. Далее сигнал усиливается и через передающий модуль транслируется на всю область вещания базовой станции (как правило, у базовой станции диаграмма направленности представляет собой круг). Потом сигнал поступает на ретрансляторы, которые его усиливают и ретранслируют уже по своей области вещания. Наконец, ретранслированный сигнал поступает на приемник конечного пользователя и конвертируется в метровый или дециметровый диапазон для непосредственной подачи на телеприемник. При этом конвертор находится непосредственно за принимающей антенной — в целях уменьшения потерь полезного сигнала в соединительном кабеле. Надеюсь, в первом приближении все понятно, а теперь самое время обратить внимание на детали.

Во-первых, перечень компонентов MMDS на практике несколько больше. В стандартный комплект входят следующие компоненты:

• модуляторы;
• входная приемная система;
• цифровые/аналоговые передатчики;
• цифровые/аналоговые сумматоры каналов;
• система управления;
• система резервирования;
• ретрансляторы;
• антенны;
• волноводы и коаксиальные кабели;
• кодеры (кодер имеет одну-единственную функцию — защитную, то есть не позволяет пользователю смотреть программы, на которые он не подписан).

Во-вторых, не все так просто с передатчиками. На практике используются два вида передатчиков — одноканальные и многоканальные, у каждого из которых свои особенности. Так, в одноканальном варианте для передачи энного количества каналов используется столько же передающих устройств², а суммирование сигналов от разных ПУ происходит непосредственно в антенне (рис. 2). Напротив, в многоканальном передатчике передаваемые каналы сначала поступают на свои модуляторы, после чего суммируются и только потом передаются общим передатчиком на антенну (рис. 3). Из этого следует, что выходная мощность (и, следовательно, радиус соты) будет выше у одноканального передатчика, чем у широкополосного (примерно в 2Ѕn раз). Однако в случае организации вещания в областях компактного проживания абонентов использование широкополосного передатчика представляется более выгодным с финансовой точки зрения.

В-третьих, ретрансляторные модули должны располагаться таким образом, чтобы каждая точка в области обслуживания находилась в поле зрения как минимум двух ретрансляторов. Таким образом достигается меньшая чувствительность пользователей к выходу из строя одного ретранслятора. Чтобы исключить помехи в принимаемом сигнале, если абонент находится в зоне действия и базового передатчика, и ретранслятора, необходимо либо ретранслировать сигнал с другим вектором поляризации, либо индивидуально подбирать конфигурацию диаграммы направленности передающего элемента ретранслятора.

В-четвертых, надо бороться с пиратством. В данной ситуации под эту категорию подпадает незаконный просмотр телевизионных программ по каналам вещания операторов MMDS. В настоящее время производство декодеров MMDS поставлено на широкую ногу и приобрести «самосборный» декодер можно примерно за 70 долл. Сразу поправлюсь: то, что продают на Митинском радиорынке под названием «декодер MMDS», на самом деле является всего-навсего конвертором частотного диапазона MMDS в метровый и дециметровый диапазоны. Тем не менее он работает, но только в сетях излишне доверчивых операторов, не утруждающих себя кодированием передаваемых телевизионных каналов, — деньги в прямом смысле выкидываются на ветер.

MMDS и Интернет

Самые первые разработки, предоставляющие доступ в Интернет посредством сетей MMDS, были комбинированными: поток информации от провайдера (нисходящий поток) передавался по сети MMDS, а поток от пользователя к провайдеру (восходящий) шел по классической телефонной линии. Эта схема давала единственное преимущество по сравнению с коммутируемым соединением — высокую скорость получения информации из сети. При этом нисходящий трафик нисколько не ускорялся. С учетом асимметрии входящего и исходящего трафика при работе в пользовательском режиме эта особенность не являлась недостатком, а всего лишь придавала технологии некоторый оттенок незавершенности — ведь телефонная линия по-прежнему была занята модемом. Однако при переводе восходящего трафика в диапазон MMDS имелись не только технические, но и юридические препоны. И если последние достаточно быстро были сняты разрешением FCC на организацию двустороннего радиоканала, то ряд технических вопросов сразу решить не удалось. Среди этих вопросов был вопрос о способе дуплексирования и выборе схем модуляции соответственно для каждого типа трафика.

Теоретически для обеспечения дуплексного режима можно использовать схему с разделением по времени (Time Division Duplexing, TDD) или схему с разнесением по частотам (Frequency Division Duplexing, FDD). У частотной схемы разделения существует недостаток, заключающийся в «попадании» части полосы пропускания на разделительный интервал между частотами приема и передачи. В случае применения временного разнесения возможна ситуация, когда из-за большого количества коллизий резко снизится скорость передачи данных. Это вызывается тем, что при возникновении коллизии запрос на повторную передачу пакета будет получен не сразу, а по прошествии некоторого времени, в течение которого передающая станция будет работать вхолостую. Такая ситуация хорошо знакома нам по классическим сетям Ethernet, в которых это возникает в случае большого периода времени для распространения сигнала от получателя до отправителя.

В качестве алгоритма модуляции в MMDS-системах применяется одна из разновидностей квадратурно-амплитудной модуляции (Quadrature Amplitude Modulation, QAM). При использовании фазовой модуляции кодирование осуществляется посредством сдвига сигнала по фазе (Phase Shift Modulation, PSM). Данный способ при всей своей надежности, к сожалению, весьма медленный. Поэтому при выборе способа модуляции сигнала остановились на методе квадратурно-фазовой модуляции (Quadrature Phase Shift Modulation, QPSM). Поскольку трафик при работе с Интернетом в пользовательском режиме характеризуется отношением нисходящего трафика к восходящему примерно как 30:1, то нисходящий трафик начали кодировать с помощью модуляционной схемы QPSM, тогда как для восходящего трафика применяют более простые алгоритмы QAM. Это дало возможность добиться в полосе 10 МГц скоростей нисходящего и восходящего трафиков до 56 и 12-36 Мбит соответственно.

На первый взгляд — все идеально. Скорости — восхитительные, качество телевизионных программ отменное. Но что-то заставляет искать ложку дегтя — и она есть, причем очень большая. Давайте задумаемся: у нас есть полоса пропускания, по которой необходимо передавать как телевизионную картинку (и не одного канала), так и данные, однако разрешенный диапазон отнюдь не резиновый, и очень скоро его станет не хватать для подключения новых абонентов услуги доступа к Интернету. Самое обидное заключается в том, что нисходящий трафик к абоненту транслируется базовой станцией по всей диаграмме направленности, в то время как абонент сидит на месте и ему было бы вполне достаточно, чтобы эта трансляция осуществлялась только в его сторону (~ 2-5° по горизонту). Отсюда возникает идея о множественном использовании частотного диапазона со строгим азимутальным разделением по горизонту. В этом случае появляется возможность использовать один и тот же частотный диапазон для работы со многими пользователями (рис. 4). К тому же перекрытие лепестков излучения от каждого эмиттера недопустимо и должно быть исключено или подавлено. Естественно, что представляется разумным разнести соседние лепестки не только с запасом по азимуту, но и, возможно, по методу модуляции. Указанная схема позволяет предельно полно использовать имеющийся в распоряжении вещательной компании телевизионный диапазон для привлечения максимального количества пользователей.

MMDS в России: цены и перспективы

Уже сегодня технология MMDS близка к тому, чтобы стать «народной». При стоимости подключения порядка 200 долл. и ежемесячной абонентской плате на уровне 20-50 долл. у нее есть все шансы потеснить станции кабельного вещания. Здесь возникает проблема монополизма. Действительно, компания, получившая разрешение на использование частотного диапазона MMDS в отдельно взятом районе, автоматически становится монополистом со всеми вытекающими отсюда последствиями. Выходом из подобной ситуации могло бы стать разделение MMDS-диапазона между конкурирующими операторами. (Такое недавно было сделано с сотовыми компаниями: у компаний «Би Лайн» и MTС отобрали часть частот GSM-диапазона и передали их третьему оператору сотовой связи Москвы — компании «Соник Дуо».) Другой проблемой является неготовность населения платить ощутимые суммы за дополнительные телевизионные каналы. Развитая сеть государственного телевидения пока удовлетворяет потребности большинства зрителей, поэтому идея платить за просмотр в цифровом качестве тех же «Семнадцати мгновений весны», но 20-60 долл. в месяц представляется совершенно дикой. Однако следует сказать, что в городах с высокой концентрацией предприятий частного сектора, зачастую нуждающихся в оперативном получении новостей из-за рубежа, эта услуга находит своего потребителя прежде всего благодаря возможности трансляции ряда зарубежных телепрограмм. Кроме того, многих привлекают не столько предоставляемые телевизионные каналы, сколько дополнительные сервисы (в частности, как организация «последней мили» по сети кабельного телевидения). Так, ряд предприятий среднего бизнеса подключились к сети «Космос-ТВ» в основном для активного использования именно этой услуги.

КомпьютерПресс 10'2001