Un exemplu "clasic" al unui sistem de comunicații prin satelit este canalul SCPC (Single Channel per Carrier). Tehnologia SCPC este utilizată pentru a organiza un canal satelit dedicat punct-la-punct. Două benzi de frecvență sunt alocate pe satelit: una pentru stația "1" spre stația "2", a doua pentru stația de lucru "2" spre stația "1". Într-un astfel de sistem, dispozitivele de formare a canalelor sunt modemuri prin satelit: convertesc datele seriale într-un semnal de frecvență radio și viceversa, precum și codificarea necorespunzătoare a datelor transmise. În prezent, canalele SCPC sunt utilizate în mod activ, în principal de operatorii de comunicare "tradițională". De exemplu, folosind modemuri cu interfețe G.703, puteți conecta o stație de bază la distanță a rețelei celulare prin satelit.
Figura 1. Canal dedicat "punct-la-punct". În partea dreaptă, benzile de frecvență ocupate de satelit sunt afișate în mod convențional.
Principalul avantaj al tehnologiei SCPC este viteza garantată și disponibilitatea ridicată a canalului. Alocate pe lățimea de bandă prin satelit "monopolist" angajate într-o pereche de modemuri, astfel încât oricând acestea să fie disponibile pentru întreaga bandă de canal. Dezavantajul este eficiența scăzută a utilizării resursei de satelit. Indiferent dacă există în prezent o nevoie de transmisie, benzile de frecvență alocate sunt rezervate pentru stațiile "1" și "2" și nu pot fi folosite de altcineva. Operatorul de comunicații va plăti pentru închirierea benzilor de pe satelit, indiferent de descărcarea reală a canalului. Prin urmare, operatorii încearcă să închirieze benzi cu lățimea minimă necesară. Pentru a lucra cu semnale de bandă îngustă, echipamentul trebuie să îndeplinească cerințe specifice, deci este destul de scump. În plus, pentru fiecare bandă închiriată de pe satelit, operatorul trebuie să primească o alocare de frecvență. Ca rezultat, costul soluției SCPC "pe bază de cheie" pentru sarcinile cele mai modeste va fi de la 30-35 mii USD pe capăt.
Sarcinile de comunicare reală, de regulă, implică construirea de canale separate, dar rețele. Cele mai solicitate topologie de rețea - „stea“, deoarece se potrivește cel mai bine structura de management în agențiile de afaceri sau guvernamentale: sediul central - sucursale, birouri - unități de producție, furnizorul - abonați, etc.
Figura 2. Rețeaua de comunicații prin satelit "star", construită pe baza canalelor SCPC dedicate.
În principiu, o rețea satelit cu o topologie stea poate fi construită pe baza canalelor point-to-point folosind tehnologia SCPC. Stațiile de abonat A1, A2 și A3 într-o astfel de rețea nu vor fi diferite de stațiile 1 și 2 din exemplul considerat mai sus. La stația centrală, în loc de un singur modem, veți avea nevoie de un set de modemuri - unul pentru fiecare direcție de comunicare. Cu un număr mare de stații periferice, la stația centrală pot fi instalate mai multe dulapuri cu modemuri.
Echipamentele de frecvență radio ZSSSS pot fi utilizate simultan de modemuri din toate direcțiile. Cu toate acestea, datorită faptului că cantitatea de informații transmise pe unitatea de timp la stația centrală este mai mare decât cea periferică, HSCH ar trebui să aibă o antenă mai mare și o putere mai mare a transmițătorului.
O astfel de rețea va fi eficientă dacă toate direcțiile sunt încărcate uniform și continuu.
Figura 3. Rețea prin satelit MCPC / SCPC și benzi de satelit
O parte a problemei este rezolvată folosind tehnologia MCPC / SCPC. (MCPC - mai multe canale pe transportator - canale multiple pe transportator). Într-o astfel de rețea, stația centrală utilizează un singur operator de transport pentru a transmite tuturor stațiilor de abonat ale rețelei. Separarea datelor destinate diferitelor stații de abonat se face nu prin frecvență, ci prin timp. GPRS transmite date pentru toate posturile de abonat într-un singur flux digital. Fiecare stație abonat primește întreg fluxul și își alege propriile date nu la nivel fizic, ci la nivel de date, peste antetele de serviciu. Într-un astfel de sistem, devine posibil să se utilizeze mai eficient o bandă destinată transmisiei de la centru la periferie: stația centrală poate redistribui dinamic în funcție de necesitățile unei anumite stații de abonat. Cu toate acestea, un număr de modemuri este reținut de numărul de indicații pe GPRS, fiecare stație de abonat necesită o nouă bandă dedicată pe satelit, iar aceste benzi sunt încă utilizate ineficient. rețea MCPC / SCPC poate fi utilizată în cazurile în care o cantitate mică de stații periferice consumă un trafic mare și imprevizibil (pulsare) și invers traficului de la aceste stații este mică și mai mult sau mai puțin stabile.
Un exemplu real este rețelele DVB-S2 / SCPC pe echipamentele Advantech. Fiecare stație de abonat recepționează datele în general, shared-timp canal DVB-S2 (cazul special MCPC), și transmite un „personal“ canal dedicat SCPC. Platforma Advantech este bun deoarece vă permite să construiască rapid și relativ ieftin o rețea corporativă mică, iar numărul tot mai mare de clienți cu costuri minime pentru a merge la „VSAT« reale - TDM / MF-TDMA.
Dezvoltarea în continuare a tehnologiilor "de tip" stele "a dus la crearea principiului de separare a resurselor prin satelit TDM / TDMA. TDM - Multiplexarea timpului, diviziunea timpului. Time Division Multiple Access - acces multiplu cu diviziune de timp sau, pur și simplu, acces secvențial. TDM rețea / TDMA, indiferent de numărul de posturi de abonat (terminale) sunt utilizate numai două frecvențe pentru transmiterea de la TSZSSS la terminalele de utilizator și transmiterea de la toate terminalele de abonat la dispecerat. Transferul MSCC este efectuat în același mod ca și în rețeaua MCPC / SCPC - datele pentru toți abonații sunt transmise pe un transportator într-un singur flux digital cu o partajare a timpului. Pentru ca stațiile de abonat "să nu confunde", unde datele, fluxul este împărțit în blocuri, fiecare având un antet "personal". Cu recepția un pic mai complicat. Două stații de abonat nu pot funcționa simultan pe o singură transmisie de frecvență - un astfel de semnal nu poate fi recepționat și decodificat. Prin urmare, terminalele abonatului transmit pe rând, nu permanent, dar în pachete separate, "clipește". Acest mod de transfer este numit mod de spargere (de la cuvântul burst - flash). Pentru a „flash“ terminale diferite nu coincid în timp, fiecare dintre ele nu trece atunci când a venit, dar numai în desemnate l intervale „personale“ timp - intervale de timp. Deoarece terminalele de abonat din rețeaua TDM / TDMA "nu se văd" reciproc, organizarea emisiunilor lor este implicată în ZSSSS. Pe lângă informațiile "personale", acesta transmite la terminalele abonatului semnale de sincronizare de timp și comenzi, care atribuie anumite intervale de timp unei anumite posturi. Dacă se atribuie stațiilor diferite mai mult sau mai puțin număr de sloturi de timp în fiecare cadru, hub-ul redistribuie flexibil între stațiile de abonat atât banda de recepție, cât și banda de transmisie. Dacă un abonat are nevoie de un canal dedicat, un număr fix de sloturi de timp în fiecare cadru poate fi rezervat pentru el. Intervalele de timp rămase din canalele dedicate sunt redistribuite între posturile care nu au nevoie de o viteză garantată. Acești abonați primesc o viteză care este invers proporțională cu descărcarea instantanee a canalului. Dacă terminalul este oprit, sloturile de timp "lui" sunt date restului. Pentru stațiile de abonat noi comutate, anumite intervale de timp "goale" sunt atribuite la anumite intervale. Când terminalul este pornit, acesta primește semnalele de sincronizare de la MSCC și transmite un mesaj despre prezența sa în rețea într-un astfel de slot de intrare "de intrare". ZSSSS "consemnează" o nouă stație și îi atribuie deja sloturi de timp "personale" în funcție de starea acesteia. Cu o anumită probabilitate, s-ar putea întâmpla ca două sau mai multe stații de abonat să încerce să intre simultan în rețea, utilizând un slot de timp "de intrare". Apoi centrul nu va vedea și nu va lăsa pe nimeni în rețea. Următoarea încercare de a intra în aceste posturi nu va lua imediat, ci va trece peste un număr aleator de sloturi de timp "de intrare" consecutive pentru a reduce probabilitatea transmiterii simultane. Un principiu similar al rezoluției de coliziune a fost folosit în "clasicul" Ethernet (cunoscut ca CDMA / CD sau "aloha").
Deoarece stațiile de abonat sunt distribuite pe o suprafață mare, distanța de la ele la satelit poate fi semnificativ diferită, astfel încât semnalele lor vor veni cu întârziere diferită. Pentru a împiedica acest lucru, locația exactă a tuturor terminalelor abonatului este introdusă în sistemul de control al hub-urilor. Sistemul calculează pentru fiecare stație cantitatea de anticipare necesară a transmisiei și o raportează fiecărui terminal.
Figura 4. Rețeaua de comunicații prin satelit TDM / TDMA. În dreapta, în dreapta sunt benzile de frecvență ocupate de stațiile centrale și de abonat de pe satelit, mai jos este structura temporală a fluxurilor digitale "descendente" și "ascendente".
Rețelele TDM / TDMA au o serie de avantaje. În primul rând, datorită stației centrale extrem de inteligente ("hub") cu putere puternică, pot fi folosite la periferie mici terminale de abonat mici, relativ simple (atât de ieftine). În al doilea rând, fiecare abonat nu trebuie să primească o alocare separată de frecvență și să închirieze o bandă separată pe satelit. În cele din urmă, sistemul permite abonaților cu același echipament să primească canale cu viteze diferite și cu o calitate diferită: la o rată fixă (canal dedicat), cu o viteză minimă garantată minimă sau fără o viteză garantată. Cu toate acestea, pentru operarea rețelei TDM / TDMA este nevoie de un hub cu o antenă de 7-12 metri, un transmițător puternic și un calculator de control de înaltă performanță. Toate acestea sunt foarte scumpe, astfel că rețelele TDM / TDMA sunt eficiente numai cu numărul de stații de abonat de la câteva zeci la mii. În sistem este posibil să se organizeze un canal cu viteză garantată, dar disponibilitatea acestuia este mai mică decât în cazul SCPC - nevoia de transmisie nu poate fi realizată imediat.
În plus, tehnologia TDM / TDMA în "forma pură" are un dezavantaj mai grav - cerințe sporite pentru puterea stațiilor de abonat. Odată ce terminalul funcționează în modul "burst", în timpul "blițului" acesta trebuie să transmită cu o viteză de câteva ori mai mare decât dacă s-ar transmite în mod continuu. Cerințele privind dimensiunea antenei și puterea emițătorului sunt, de asemenea, majorate cu aceeași valoare. Pentru a rezolva problema, a fost creată tehnologia TDM / MF-TDMA - Multi-Frecventa TDMA, accesul alternativ multi-frecvență. Uneori se utilizează denumirea TDM / FTDMA. În TDM / MF-TDMA, întregul canal "invers", destinat transmisiei de la terminalele abonatului la PCMC, este împărțit în mai multe "canale" înguste. Mai multe stații de abonați pot lucra simultan pe diferite canale. Rata de transmisie scade în acest caz proporțional cu numărul de astfel de "canale". Din păcate, nimic în tehnologie nu este dat în zadar - pentru a reduce necesarul de energie pentru terminalele de abonat, a trebuit să creștem "inteligența" echipamentului. În primul rând, la dispoziția centrului, acesta nu mai era "unidimensional"&lraquo; cadru, o tabelă bidimensională «:» orizontală »- sloturi de timp ale cadrului,» canale verticale «de frecvență» ». Și acum nu mai sunt redistribuite sloturile de timp, ci celulele "intervalul de timp - frecvența". În al doilea rând, "terminalul abonatului a devenit mai înțelept: a trebuit să învețe cum să sară rapid de la o frecvență la alta, de la un fulger la un fulger".
Figura 5. Rețea de comunicații prin satelit VSAT (TDM / MF-TDMA). Benzile de frecvență ocupate de satelit prin transmisiile postului central și stațiilor de abonat. Structura timpului a semnalului TDM transmis de stația centrală. Principiul distribuirii canalelor de frecvență / sloturilor de timp pentru transmisiile posturilor de abonat (pentru simplitate, întreruperile între "flash-uri" nu sunt afișate).
Alți producători (Gilat, iDirect, Hughes) au aceleași scheme de modulație și coduri de securitate ca și DVB, cu unele modificări care au îmbunătățit semnificativ eficiența utilizării benzii. Un astfel de echipament este incompatibil cu receptoarele de date pentru consumatori, accesul "în sens unic" la rețelele VSAT pe aceste platforme nu este furnizat.
Traversarea satelitului TV DVB și tehnologia comunicațiilor prin satelit TDM / MF-TDMA au permis ca terminalul abonatului să fie și mai compact și chiar mai ieftin. Din nou, nu liber. Codurile puternice de protecție împotriva zgomotului presupun o redundanță mare a informațiilor transmise - în plus față de datele utile, se transmit biți de control special, în care erorile sunt detectate și corectate. Redundanța în rețelele VSAT este de până la 17% din bandă. Din acest motiv, VSAT nu este potrivit pentru consumatorii mari de trafic - furnizorii de Internet și operatorii de telecomunicații. Soluțiile SCPC sunt mai potrivite pentru sarcinile lor. Este mai bine pentru un consumator mare să cumpere echipament scump o dată pe lună decât să plătească o primă lunară pentru trafic.
Figura 6. O rețea cu ochiuri de plasă (Mesh) pe rețeaua de comunicații prin satelit VSAT. În schemă, postul A3 funcționează numai în Star, stațiile A1 și A2 în Star și Mesh.
Rețelele moderne VSAT suportă atât o "stea", cât și o topologie complet conectată (Mesh). Orice date transmise de stația de abonat VSAT intră pe satelit, iar satelitul le retransmite către întreaga zonă de servicii - nu știe cum. Aceasta este, fizic, aceste date sunt transmise tuturor stațiilor de abonat ale rețelei. Dar ei „nu aud“ unul pe altul, pentru că „ascultare“, stația centrală și pe o altă frecvență în alt mod: „hub“ transmite în mod continuu, la un singur operator de transport, iar stațiile de abonat - „licăriri“ pe un set de canale de frecvență. Pentru ca o stație de abonat să "audă" cealaltă, este necesar să se îndeplinească două condiții. În primul rând, terminalul de utilizator trebuie să aibă două receptoare, unul pentru primirea suportului TDM din TSZSSS și al doilea - pentru a primi „flash-uri« MF-TDMA VSAT de la alte stații de abonat. Un astfel de receptor ar trebui să poată reconstrui rapid pentru a urmări transmițătoarele "VSAT cu frecvență-hopping". Din punct de vedere tehnic, al doilea receptor poate fi implementat ca un bloc opțional terminalului de bază (de exemplu, echipamentul Gilat SkyEdge PRO). Alți producători oferă diferite modele de terminale - simple și ieftine numai Star și mai costisitoare și dificil Star / Mesh (de exemplu, Viasat este terminalele Linkstar și Linkway au iDirect - respectiv, modelul 3100 și 5300). A doua condiție: posturi de abonat de energie să fie mai mare decât cea a stațiilor utilizate doar în „stea“, pentru că ei nu lucrează cu puternic „hub“, și unele cu altele. De regulă, terminalele VSAT Mesh sunt echipate cu antene de la 2,4m (mai puțin de 1,8m) și transmițătoare de la 4W.
Astfel, operatorul de rețea VSAT pe aceeași platformă hardware furnizează servicii, cum ar fi de stele (conexiune obiect la distanță la rețelele de arie largă), și plasă de servicii (canale de comunicare între obiecte la distanță). „Hub“ asigură sincronizarea temporală uniformă pentru toate stațiile de abonat în mod dinamic alocă între stațiile de abonat disponibile resurse „direct“, pentru oricare și toate terminalele atribuie sloturi frecvență și timp pentru transmisie, precum și terminale Mesh - transmisia și recepția (pentru al doilea receptor).
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: