МИКРОВОЛНОВАЯ ИНТЕРАКТИВНАЯ ДИСТРИБУТИВНАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА "МИДИС" Российский патент 2007 года по МПК H04N7/173 

Изобретение относится к технике связи для приема и передачи данных по радиоканалам, а более конкретно - к составу и структуре микроволновой интерактивной дистрибутивной информационной системы.

В современном мире постоянно растет интерес к предоставлению пользователям доступа к информационным и коммуникационным услугам прикладного уровня. Значительную часть таких услуг, включая телефонию, видеоконференцсвязь, видео по заказу и т.п., можно получить с помощью прикладных служб через глобальную сеть Интернет. Совокупность существующих ныне систем Интернет-доступа, технологии которых дополняют одна другую, образуют разветвленную разноскоростную сеть.

При этом старые узкополосные технологии на базе телефонной сети общего пользования и беспроводные технологии IEEE 802.11х и Bluetooth (стандарт IEEE 802.11.1) все чаще уступают место технологиям сверхширокополосного доступа (Ultra Wide Band - UWB) и широкополосным системам широковещательного радиодоступа, включая системы на базе микроволновых интегрированных телерадиоинформационных систем (далее - МИТРИС) различных модификаций. Их принято называть "многоточечные распределительные службы" (Multipoint Distribution Service - MDS).

МИТРИС позволяет легко обслуживать пользователей в радиусе до 50-60 км. Основными преимуществами систем беспроводного доступа к коммуникационным и информационным службам по сравнению с другими системами доступа к Интернет являются:

высокая скорость развертывания системы;

большой охват пользователей с минимальными затратами на коммуникации;

возможность доступа абонентов на скоростях до десятков мегабит в секунду в прямом канале и до 2 Мбит/с в обратном канале и выше;

простота интеграции на радиоканалах средствами беспроводной как наземной, так и спутниковой связи;

большая информационная емкость;

возможность поэтапного наращивания количества абонентов (Т.М.Наритник, В.П.Бабак, М.∈.Iльченко, С.О.Кравчук. Мiкрохвильовi технологiï в телекомунiкацiйних системах, Киïв, "Технiка", 2000 р., с.167).

Известна (UA 51495 и WO 03/088523) микроволновая интегрированная телерадиоинформационная система МИТРИС-ИНТ для передачи/приема данных по каналам радиосвязи, которая наиболее близка по технической сущности к предложенной системе.

Она имеет центральную станцию (далее ЦС) и по меньшей мере одну абонентскую станцию (далее АС). ЦС имеет по меньшей мере один приемо-передающий ствол, оснащенный передатчиком прямого канала, вход которого через дуплексер подключен к ненаправленной антенне, и головную приемную станцию обратного канала, оснащенную понижающим конвертором, выход которого подключен к блоку разделения, имеющему от 1 до N выходов, которые соединены с демодуляторами обратного канала. Каждая АС имеет антенну, подключенную через дуплексер к передатчику обратного канала (повышающему конвертору), вход которого соединен с модулятором обратного канала и с понижающим конвертором, у которого выход соединен с демодулятором прямого канала.

Такая система предоставляет абонентам дуплексных каналов доступ к распределенным базам данных (к ресурсам Интернет и т.п.) через сеть восходящих (от абонентов к информационным службам) и нисходящих (от информационных служб к абонентам) каналов связи.

Однако при использовании МИТРИС-ИНТ:

корректирующую информацию «подмешивают» на сервере другой сети,

прямой канал формируется из блоков других сетей,

услуги могут быть предоставлены лишь на низших транспортных уровнях ЭМ ВОС (эталонной модели взаимодействия открытых систем), а

количество абонентских каналов ограничено полосой пропускания приемника обратного канала.

Это снижает качество доступа абонентов известной системы к информационным ресурсам и удорожает услуги.

В основу изобретения положена задача изменением состава и структуры создать такую дистрибутивную систему предоставления информационных услуг через сеть восходящих и нисходящих каналов связи, которая обеспечивала бы повышение качества и снижение стоимости указанных услуг при расширении абонентской базы.

Поставленная задача решена тем, что в микроволновой интерактивной дистрибутивной информационной системе, имеющей центральную станцию (ЦС) и по меньшей мере одну абонентскую станцию (АС), причем

ЦС имеет ненаправленную антенну, головную приемную станцию обратного канала, оснащенную по меньшей мере одним понижающим конвертором обратного канала, выход которого подключен на вход блока разделения, имеющего от 1 до N выходов, соединенных с входами демодуляторов обратного канала, и

АС имеет антенну, которая через дуплексер соединена с передатчиком обратного канала (повышающим конвертором), у которого вход соединен с блоком модулятора обратного канала, и понижающий конвертор, вход которого через дуплексер соединен с антенной, а выход подключен к демодулятору прямого канала,

согласно изобретению в состав ЦС введены

по меньшей мере один ствол передачи данных прямого канала, включающий формирователь прямого канала, выход которого через модулятор прямого канала соединен с передатчиком прямого канала, подключенным через сумматор к ненаправленной антенне,

по меньшей мере один передающий ствол аналогового вещания, включающий модулятор аналогового сигнала, у которого выход подключен к входу передатчика аналогового канала, соединенного через сумматор с ненаправленной антенной, а вход предназначен для видеосигнала аналогового телевидения,

передающий ствол цифрового вещания, включающий кодер цифрового телевизионного сигнала, у которого вход предназначен для видеосигнала цифрового вещания, а выход через модулятор цифрового канала вещания соединен с первым входом передатчика этого канала, подключенным по выходу через сумматор к ненаправленной антенне, и

канальный конвертор, у которого вход предназначен для приема радиосигнала цифрового телевидения, а выход подключен к второму входу передатчика цифрового канала;

в головную приемную станцию обратного канала введены секторные приемные антенны обратного канала, выходы которых подключены к входам понижающих конверторов обратного канала, а выходы демодуляторов обратного канала подключены по меньшей мере к одному серверу доступа обратного канала, соединенному с центром предоставления информационных услуг, к которому подключен маршрутизатор, а

в состав АС введены сервер, соединенный с компьютером, демодулятором прямого канала и блоком модулятора обратного канала, цифроаналоговый тюнер и телевизионный приемник, вход которого через указанный тюнер соединен с выходом понижающего конвертора.

Введение в состав информационной системы указанных блоков с указанными взаимосвязями обеспечивает:

преобразование цифрового потока от системы предоставления информационных услуг в формате Ethernet в формат DVB-S и модуляцию несущей частоты транспортным DVB-потоком,

подключение пользователей к системам аналогового и цифрового радио- и ТВ-вещания (с аналого-цифровыми и цифроаналоговыми преобразованиями соответствующих сигналов),

увеличение количества абонентских каналов путем повторного использования частот обратного канала при секторном приеме и

передачу услуг служб и корректирующей информации на развитую сеть абонентских станций информационного канала.

Тем самым повышается качество и снижается стоимость предоставляемых услуг при расширении абонентской базы. При этом использование протокола сетевого уровня позволяет вставлять в общий информационный поток произвольные сообщения с одновременной корректировкой времени выхода модулятора абонентской станции на связь. Кроме того, службы прикладного уровня получают возможность формировать прямые каналы и "подмешивать" корректирующую информацию в общий информационный поток штатными средствами собственной системы.

Первое дополнительное отличие состоит в том, что центр предоставления информационных услуг состоит из серверов служб, объединенных в локальную вычислительную сеть, которая подключена к маршрутизатору и по меньшей мере к одному серверу доступа обратного канала, а второе дополнительное отличие - в том, что количество приемных секторных антенн выбрано в зависимости от их диаграммы направленности по азимуту при условии общего перекрытия по азимуту не менее 360°. Это дополнительно расширяет функциональные возможности предложенной системы.

Ниже изобретение описано подробно на примере предпочтительного варианта его осуществления со ссылкой на прилагаемый чертеж, где представлена структурная схема системы МИДИС согласно изобретению.

Как показано на чертеже, микроволновая интерактивная дистрибутивная информационная система МИДИС имеет:

центральную станцию (ЦС) 1, которая содержит:

- ствол 2 передачи данных прямого канала (СПД), включающий формирователь 3 прямого канала (ФПК), выход которого через модулятор 4 прямого канала (МПК) соединен с передатчиком 5 прямого канала, подключенным через сумматор 6 к ненаправленной антенне 7, и

- передающий ствол 8 аналогового вещания (CAB), включающий модуляторы 9 аналогового сигнала (MAC), у которых входы служат для приема аналоговых видеосигналов, а выходы подключены на входы передатчиков 10 аналогового канала (ПАК), подключенных через сумматор 6 к ненаправленной антенне 7, и

- передающий ствол 11 цифрового вещания (СЦВ), включающий кодер 12 цифрового телевизионного сигнала, модулятор 13 цифрового канала (МЦК), передатчик 14 канала цифрового вещания (ПЦМ), выход которого подключен к ненаправленной антенне 7, канальный конвертор 14', выход которого подключен на вход ПЦМ 14;

головную приемную станцию 15 обратного канала (ПСОК), которая содержит понижающий конвертор 16 обратного канала, у которого выход подключен на вход блока 17 разделения, имеющего от 1 до N выходов, а вход соединен с выходом одной из приемных секторных антенн 18, и демодуляторы 19 обратного канала, которые подключены к выходам блока 17 разделения и по меньшей мере к одному серверу 20 доступа обратного канала (СДОК), соединенному с центром 21 предоставления информационных услуг в виде объединенных в локальную вычислительную сеть серверов информационных и коммуникационных служб с доступом в Ethernet-интерфейс через маршрутизатор 22, который может быть подключен к внешним источникам информационных услуг;

абонентскую станцию (АС) 23, которая содержит:

- демодулятор 24 прямого канала, вход которого соединен с выходом понижающего конвертора 25 прямого канала, вход которого через дуплексер 26 соединен с антенной 27,

- передатчик 28 (повышающий конвертор) обратного канала, выход которого подключен к антенне 27 через дуплексер 26, а вход - к модулятору 29 обратного канала,

- сервер 30, соединенный с выходом демодулятора 24 прямого канала и входом модулятора 29 обратного канала.

К выходу демодулятора 24 прямого канала АС 23 подключен цифроаналоговый тюнер 31, выход которого соединен с входом абонентского телевизионного приемника 32. К серверу 30 подключен также компьютер 33 АС 23.

Предложенная система МИДИС работает следующим образом.

Поток данных от компьютера 33 абонента через интерфейс шины PCI сервера 30 абонента поступает на вход модулятора 29 обратного канала и далее на вход передатчика (повышающего конвертора) 28 обратного канала. Затем через дуплексер 26 и антенну 27 этот поток передается по радиоканалу на приемную секторную антенну 18 и поступает на приемный тракт обратного канала (понижающий конвертор) 16 и далее на вход блока 17 разделения ПСОК 15 ЦС 1.

Блок 17 разделения преобразует частоту сигнала в частоту демодуляции, выделяет каналы и направляет в отдельные порты, к которым подключены демодуляторы 19 обратного канала. Демодуляторы 19 обратного канала обновляют цифровой поток, определяют своевременность прихода сигнала от АС 23 и вырабатывают корректирующие сообщения. Затем СДОК 20 направляет запросный поток вместе с корректирующим потоком в центр 21 предоставления информационных услуг. На порт маршрутизатора 22 подается информационный поток от серверов служб, которые включены в центр 21 предоставления информационных услуг.

Таким образом, корректирующая последовательность (КП) вводится в общий поток данных сетевого уровня (IP-пакеты), направляющийся в формирователь 3 прямого канала, который через цифровой интерфейс включен в центр 21 предоставления информационных услуг. Скорость КП в среднем достигает нескольких Кбит/с, в то время как скорость в нисходящем (прямом) канале может составлять несколько десятков Мбит/с.

Повышение суммарной пропускной способности прямого канала достигается путем увеличения количества передающих стволов.

Повышение суммарной пропускной способности обратного канала достигается путем повторного использования частот информационных сигналов. При этом количество приемных секторных антенн 18 обратного канала определяется их диаграммой направленности по азимуту, перекрытие по которому может достигать 360°. Так, четырехкратное повторное использование упомянутых частот реализуется 12-ю приемными секторными антеннами 18 с шириной диаграммы направленности 30° по уровню половинной мощности излучения.

Таким образом, использование 0,1-0,01% ресурса нисходящего (прямого) информационного канала на коррекцию потока практически не влияет на качество информации и не удорожает услуги ни за счет стоимости служебного канала, ни за счет дополнительного оборудования, т.к. для приема используют средства существующего нисходящего (прямого) канала. Пакеты разного назначения разделяет компьютер 33 АС 23 путем соответствующей адресации.

Полученный суммарный информационный поток поступает на МПК 4, затем в виде радиосигнала через сумматор 6 - на передатчик 5 прямого канала ЦС 1 и излучается в зону обслуживания МИДИС ненаправленной антенной 7 ЦС 1 в виде IP-пакетов (например, в формате DVB-S). АС 23, оснащенные приемными карточками DVB-потока, принимают эти пакеты со скоростью 6-8 Мбит/с. В АС 23 сигналы поступают через антенну 27 на понижающий конвертор 25 прямого канала, с выхода которого они поступают на демодулятор 24 прямого канала. В нем цифровой поток прямого канала обновляется и подается на сервер 30 абонента. Здесь поток разделяется на корректирующий и информационный потоки.

Информационный поток используется для отображения полученной информации на экране компьютера 33, а корректирующий поток - для корректировки времени начала цикла (временного интервала).

Информационный поток подается на компьютер 33 абонента для отображения информации службы. Корректирующий поток подается на модулятор 29 обратного канала.

Информационный поток может излучаться в зону обслуживания в стандарте DVB-S и приниматься АС 23, оснащенными приемниками DVB-потока, со скоростью до 100 Мбит/с с выделением адресованной пользователю информации со скоростью 6-8 Мбит/с, если в качестве приемника сигнала использовать DVB-карточку.

Видеосигнал в аналоговой или в цифровой форме поступает на вход кодера 12, обеспечивающего кодирование (сжатие) сигнала и формирование транспортного потока. Сформированный транспортный поток модулирует несущую частоту, и в формате канала сигнал усиливается и излучается в зону обслуживания. При создании многоканального потока сигнал мультиплексируется и модуляция осуществляется результирующим транспортным потоком.

При предоставлении услуги аналогового телевизионного вещания видео- и аудиосигнал поступает на вход аналогового модулятора частоты, затем усиливается и излучается в зону обслуживания.

Таким образом, система МИДИС представляет собой систему информационных услуг, функционирующую через сеть восходящих и нисходящих каналов связи повышенной емкости с использованием центра предоставления информационных услуг, который входит в ЦС. Это дает относительно недорогой и качественный доступ пользователей к информационным ресурсам и значительно расширяет количество абонентских каналов, то есть обеспечивает возможность "подмешивания" корректирующей информации, формирование прямого канала и предоставление услуг прикладного уровня ЭМ ВОС собственными средствами системы.

Следует понимать, что указанный пример конкретного варианта осуществления МИДИС ни в коей мере не ограничивает объем прав на основе формулы изобретения и что специалисты могут вносить дополнения и уточнения, не выходящие за пределы сущности изобретения.

Системы согласно изобретению могут быть эффективно использованы:

для интерактивного обмена информацией между ЦС и множеством АС, предоставления абонентским станциям ряда коммуникационных служб (например, Интернет, пакетной телефонии, видеосвязи, видео по требованию и др.) и

для абонентского доступа:

- в коммерческих сетях предоставления абонентам различных видов услуг,

- в сетях дистанционного обучения,

- в сетях мониторинга и управления и

- в сетях охраны.

Изобретение относится к технике связи. Заявленная система состоит из центральной станции, которая содержит ненаправленную антенну и головную приемную станцию обратного канала; и множества абонентских станций, каждая из которых содержит антенну, соединенную с передатчиком обратного канала. Центральная станция дополнительно оснащена стволом передачи данных прямого канала, передающим стволом аналогового вещания, передающим стволом цифрового вещания, приемными секторными антеннами обратного канала, сервером доступа обратного канала, подключенным к центру предоставления информационных услуг, который состоит из серверов служб, объединенных в локальную сеть, подключенную к маршрутизатору и к серверу доступа обратного канала; а каждая из абонентских станций оснащена сервером, соединенным с компьютером, цифроаналоговым тюнером и телевизионным приемником. Технический результат состоит в обеспечении недорогого и качественного доступа пользователей к информационным ресурсам. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Микроволновая интерактивная дистрибутивная информационная система, имеющая центральную станцию (ЦС) и по меньшей мере одну абонентскую станцию (АС), причем ЦС имеет ненаправленную антенну, головную приемную станцию обратного канала, оснащенную по меньшей мере одним понижающим конвертором обратного канала, выход которого подключен на вход блока разделения, имеющего от 1 до N выходов, соединенных с входами демодуляторов обратного канала, и АС имеет антенну, которая через дуплексер соединена с передатчиком обратного канала (повышающим конвертором), у которого вход соединен с блоком модулятора обратного канала и понижающий конвертор, вход которого через дуплексер соединен с антенной, а выход подключен к демодулятору прямого канала, отличающаяся тем, что в состав ЦС введены по меньшей мере один ствол передачи данных прямого канала, включающий формирователь прямого канала, выход которого через модулятор прямого канала соединен с передатчиком прямого канала, подключенным через сумматор к ненаправленной антенне ЦС, по меньшей мере один передающий ствол аналогового вещания, включающий модулятор аналогового сигнала, у которого выход подключен к входу передатчика аналогового канала, соединенного через сумматор с ненаправленной антенной ЦС, а вход предназначен для видеосигнала аналогового телевидения, передающий ствол цифрового вещания, включающий кодер цифрового телевизионного сигнала, у которого вход предназначен для видеосигнала цифрового вещания, а выход через модулятор цифрового канала вещания соединен с первым входом передатчика этого канала, подключенным по выходу через сумматор к ненаправленной антенне ЦС, и канальный конвертор, у которого вход предназначен для приема радиосигнала цифрового телевидения, а выход подключен к второму входу передатчика цифрового канала, в головную приемную станцию обратного канала ЦС введены секторные приемные антенны обратного канала, выходы которых подключены к входам понижающих конверторов обратного канала, а выходы демодуляторов обратного канала подключены по меньшей мере к одному серверу доступа обратного канала, соединенному с центром предоставления информационных услуг, к которому подключен маршрутизатор, а в состав АС введены сервер, соединенный с компьютером, демодулятором прямого канала и блоком модулятора обратного канала, цифроаналоговый тюнер и телевизионный приемник, вход которого через указанный тюнер соединен с выходом понижающего конвертора.2. Система по п.1, отличающаяся тем, что центр предоставления информационных услуг состоит из серверов служб, объединенных в локальную вычислительную сеть, которая подключена к маршрутизатору и по меньшей мере к одному серверу доступа обратного канала.3. Система по п.1, отличающаяся тем, что количество приемных секторных антенн выбрано в зависимости от их диаграммы направленности по азимуту при условии общего перекрытия по азимуту не менее 360°.