РЕАЛИЗАЦИЯ В УКРАИНЕ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИКРОВОЛНОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

April 23, 2012 by admin Комментировать »

Ильченко М. Е.*, Бунин С. Г.*, Кравчук С. А.*, Лукьяненко Н. В.**, Непомящий Б. А.***, Чмиль В. м.**** * Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт» Индустриальный пер., 2, 03056, Киев-056, Украина, тел. 241-77-23, e-mail: sakravchuk@ukr.net ** Гэсударственное предприятие «Оризон-Навигация» ул. Мазура, 24, 20704, г. Смила Черкасской обл., т. (04733) 40246, факс (04733) 44354

*** ЗАО «Укрсат»

пр. Маршала Рокосовского, 3/4, 04201, г. Киев-201, тел. 238-2555, e-mail: sales@ukrsat. сот **** ОАО «Научно-производственное предприятие «Сатурн»

03148, пр. 50-летия Октября, 2-6, тел. 407-93-72, e-mail: chmil@jssaturn.kiev.ua

Аннотация – Представлены результаты цикла научно- исследовательских и внедренческих работ по созданию концепции построения национальной информационнотелекоммуникационной инфраструктуры с использованием микроволновых технологий. Эта концепция представляет собой функционально-зависимую структурированную совокупность беспроводных телекоммуникационных средств предоставления информационных, навигационных и прочих услуг, а также беспроводных транспортных и корпоративных сетей, сетей абонентского доступа.

I.  Введение

Реализация современных информационнотелекоммуникационных систем подразумевает конвергенцию информационных и телекоммуникационных технологий для создания единых систем накопления, обработки и передачи информации. Отдельный класс этих систем базируется на использовании микроволновых технологий, которые позволяют решить проблему беспроводного широкополосного доступа к информационным ресурсам. Решение этой проблемы есть одной из главных задач современных телекоммуникаций. Подчеркнем, что лишь использование микроволновых технологий и современных средств цифровой обработки позволяет создавать современные беспроводные высокоскоростные телекоммуникационные системы с характеристиками, отвечающими мировому уровню [1].

Важным преимуществом микроволнового диапазона есть его большая информационная емкость. Действительно, если электромагнитные волны от километрового до метрового диапазона охватывают полосу частот примерно 1 ГГц, то в микроволновом полоса частот почти в 300 раз более широкая. То есть в нем за тот же промежуток времени можно передавать, по крайней мере, в 300 раз больше информации, чем в других вместе взятых низкочастотных диапазонах. Более того, широкая полоса микроволнового диапазона разрешает осуществлять высококачественную передачу высокоскоростных потоков информации. В системах телекоммуникаций это позволяет существенным образом увеличить количество каналов телефонных коммуникаций и телерадиовещания, организовать многоканальную передачу широкополосных сигналов с одновременным повышением качества информационных коммуникаций.

II.  Общие положения

Создание микроволновых телекоммуникационных систем представляет собой сложную комплексную проблему, которая включает реализацию как новых микроволновых устройств в гибридном или монолитном исполнении, так и системотехнических решений новой аппаратуры. При внедрении в практику дополнительно должен быть решен и вопрос менеджмента предоставления соответствующих услуг. Значительный опыт Национального технического университета Украины «КПИ» (НТУУ «КПИ») в решении вопросов построения современных микроволновых телекоммуникационных систем стал основанием для принятия 21 марта 2001 года Комитетом по вопросам науки и образования Верховной ради Украины решения относительно признания НТУУ «КПИ» как головной организации по разработке и внедрению микроволновых телекоммуникационных систем, возложив на университет координационные функции по сотрудничеству с другими организациями. Ученые университета решают указанные проблемы в тесном сотрудничестве с учреждениями НАН Украины, предприятиями (Научно-производственное предприятие «Сатурн» и государственное предприятие «Оризон- Навигация») и телекоммуникационными компаниями, в частности «Укрсат».

Результатом такого сотрудничества стало выполнение цикла научно-исследовательских и внедренческих работ, которые впервые обосновали и предоставили Концепцию построения национальной информационно-телекоммуникационной инфраструктуры с использованием микроволновых технологий. Эта концепция построения информационнотелекоммуникационной сети широкополосного беспроводного доступа (ШБД) как совокупности беспроводных телекоммуникационных средств предоставления информационных, навигационных и прочих услуг, а также беспроводных транспортных и корпоративных сетей, сетей абонентского доступа базируется на следующих принципах:

— поддержка высокой информационной пропускной способности;

— обеспечение передачи всех видов информации (голос, данные, изображение, видео и т. д.);

— реализация мобильности, при которой каждый пользователь имеет возможность использовать необходимое ему соединение независимо от места подключения к сети;

—  прозрачность поддержки соединений для информационных потоков разных стандартов через специальные интерфейсы, обусловленные протокольным уровнем систем ШБД, который не распространяется на внешние сети.

Электромагнитные волны микроволнового диапазона обладают квазиоптическими свойствами, в частности в свободном пространстве направление их распространения прямолинейно. А это практически означает, что создание коммуникаций в микроволновом диапазоне возможно только при условии прямой видимости передатчика и приемника. Именно это обстоятельство порождает конструктивно-функциональную реализацию микроволновых телекоммуникационных систем, как минимум трех классов:

— спутниковых телекоммуникационных систем с расположением микроволнового оборудования на спутниках с геостационарной орбитой (высотой 36 тыс. км) или низкоорбитальных (высотой несколько сотен километров) спутниках;

— телекоммуникационных систем на базе высо- коподнятых аэроплатформ (ТСВА) (на высоте приблизительно 20 км);

— наземных телекоммуникационных систем широкополосного доступа, радиорелейных и сотовых. Все они используют размещение приемопередающих антенн на башнях или высоких зданиях непосредственно на Земле.

В соответствии с этими конструктивно-функциональными особенностями сеть широкополосного беспроводного доступа по вертикальной иерархии (сверху вниз) имеет следующие четыре уровня: спутниковых коммуникаций с невысокой информационной плотностью; стратосферных телекоммуникационных систем со средней информационной плотностью; наземных беспроводных систем с максимальной информационной плотностью; доступа к наземным магистральным оптоволоконным коммуникациям, распределительным местным кабельным сетям и информационным ресурсам.

Представленная концепция построения информационно-телекоммуникационной сети позволяет осуществить оптимальное территориальное распределение информационного трафика, строительство данной сети возможно с поэтапным вводом ее сегментов в эксплуатацию, не требует значительных капитальных затрат и, соответственно, разрешает ускорить окупаемость вложенных в них средств, которые очень важно для государства с экономикой, которая развивается. Возможность быстрого развертывания сети позволяет решить проблему предоставления полного набора мультимедийных услуг и обеспечить ими государственных, корпоративных и индивидуальных потребителей.

Реализация представленной концепции целиком по силам отечественным научно-исследовательским и проектным институтам, производственным предприятиям, телекоммуникационным компаниям. Результаты реализации Концепции, полученные авторским коллективом данного доклада, охватывают следующие направления: информационнотелекоммуникационной сети с использованием систем спутниковых коммуникаций; спутниковоназемные навигационные телекоммуникационные системы; информационно-телекоммуникационные системы на базе высокоподнятых аэроплатформ; цифровые микроволновые радиорелейные системы; наземные системы микроволнового широкополосного доступа; сотовые информационные сети с коммутацией пакетов; основные составные для реализации микроволновых телекоммуникационных систем.

По любому из этих направлений авторами получены новые научно-технические результаты, которые за своим уровнем отвечают мировому. Так, в частности, в рамках первого направления спроектирован, построен и введен в эксплуатацию мощнейший в Украине Телепорт с Центром управления системами спутниковых коммуникаций и резервированными внешними каналами на США, Европу, Россию, а также паритетные каналы с ведущими украинскими провайдерами, которые обеспечивает надежный и быстрый прямой доступ к ведущим мировым информационным центрам и отечественным Интернет-ресурсам [2]. В такой реализации системы коммуникаций задействована аренда каналов и ретрансляторов зарубежных искусственных спутников Земли, которая в экономическом аспекте оказалась намного более дешевой чем разработка, строительство, запуск и эксплуатация собственного спутника. Транспортная наземная сеть спутниковых коммуникаций реализованная с использованием свыше 200 небольших земных станций.

Практическая эксплуатация в течение последних лет созданной спутниковой информационнотелекоммуникационной национальной инфраструктуры многофункционального назначения показала, что реализованные возможности микроволновых технологий в спутниковых коммуникациях позволили: рационально внедрять инфраструктуру во многих областях деятельности общества; решить проблему многофункциональности услуг; создать с помощью единых средств телекоммуникаций многоуровневую информационную инфраструктуру, которая смогла охватить как центральные, так региональные и периферийные учреждения и организации.

Приведем краткие характеристики основных полученных результатов по другим направлениям.

Спутниково-наземные навигационные телекоммуникационные системы. Учитывая, что существует свободный доступ на безвозмездной основе к сигналам глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) GPS Navster (США), ГЛОНАСС (Россия), EGNOS и WAAS (США) на пути внедрения навигационных систем в Украине наиболее экономичным есть вариант общего использования сигналов указанных спутниковых систем и организации мониторинга ГНСС на собственной территории. Основой для широкого внедрения технологий ГНСС в Украине служит реализация отечественных проектов создания аппаратуры для приема сигналов GPS, ГЛОНАСС (Россия), EGNOS/WAAS. Эти проекты основываются на отечественных изобретениях способа и устройства полностью аппаратной обработки сигналов в спутниковых навигационных приемниках [3]. В основу этой реализации заложен принцип базовости технических решений и использование отечественных разработок керамических фильтров и специализированных вычислительных средств. Эти принципы практически реализованы государстве-нным предприятием «Оризон-Навигация».

Информационно-телекоммуникационные системы на базе высокоподнятых аэроплатформ

Разработаны структурно-функциональные принципы построения ТСВА.

Впервые разработанные способы коррекции отхода диаграммы направленности бортовой антенны за границы заданной односотовой зоны обслуживания ТСВА при движении аэроплатформы.

Определены особенности организации коммуникаций миллиметрового диапазона волн для ТСВА. Определены требования к микроволновому оборудованию ТСВА для обеспечения бесперебойного функционирования системы.

Разработана методика прогнозирования зоны покрытия ТСВА.

Разработан первый проект ТСВА для Украины под названием «Небесная сота».

Микроволновые цифровые радиорелейные системы (ЦРС).

Представлены принципы построения ЦРС, которые использованы как при разработке новых радиорелейных систем, так и при модернизации созданных ранее.

Разработаны новые структурно-функциональные схемы построения радиомодулей микроволновых ЦРС прямой видимости.

Разработано модемное оборудование ЦРС, где обеспечивается прямая коррекция ошибок. По своим техническим характеристикам модемное оборудование полностью отвечает Рекомендациям Международного Союза Электросвязи (МСЭ), что подтверждает ее мировой уровень.

Разработанная серия ЦРС «Сатурн-Е» по своим техническим характеристикам полностью отвечает Рекомендациям МСЭ и государственным стандартам Украины. Серия ЦРС полностью перекрывает диапазоны частот от 7 до 38 ГГц, реализует передачу трафика от 2 до 32 Мбит/с, может формировать произвольные радиорелейные сети с использованием разных способов резервирования. При этом, при существенно более низкой себестоимости по сравнению с зарубежными системами, ЦРС «Сатурн-Е» обеспечивает высокую надежность работы радиолиний [4].

Наземные системы микроволнового широкополосного радиодоступа.

Впервые проведена классификация систем широкополосного радиодоступа (СШР) как неотъемлемой части нового вида телекоммуникационных систем – систем широкополосного беспроводного доступа (СШБД). Обозначены место и роль СШР среди других СШБД.

Предложены концептуальные направления создания телекоммуникационных радиосистем коротковолновой части миллиметрового и субмилимметро- вого диапазонов волн.

Предложенная адаптивная система для автоматического регулирования уровней мощности на входе приемного тракта базовой станции СШР с использованием обратного канала связи по отдельным несущим от абонентских терминалов.

Определенные факторы, которые влияют на показатели качества микроволновых СШР.

Разработаны общие принципы построения зоновых микроволновых СШР;

Разработана цифровая широкополосная микроволновая телекоммуникационная распределительная система (МТРС) с возможностью интеграции голоса, видео и данных. Данная система не имеет отечественных аналогов и полностью отвечает мировому уровню, а по ряду параметров превышает его. Разработаны основные принципы организации МТРС как сотовой структуры с одной точкой доступа к внешним сетям и ряда абонентских терминалов, которые через точку доступа формируют свои локальные сети. Общий дуплексный трафик системы в зависимости от использованного метода манипуляции (ФМ или КАМ) может изменяться от 2,4 до 9,8 Гбит/с.

Сотовые информационные сети с коммутацией пакетов.

Предложена архитектура, топология, протоколы сотовых информационных сетей, в которых используется исключительно метод коммутации и маршрутизации пакетов, который разрешает реализовывать максимальные скорости передачи всех видов информации, обусловленные лишь выделенным для функционирования сети частотным ресурсом. Предложенная сотовая сеть может иметь неограниченное количество сот — локальных объединений абонентских терминалов. Каждая сота в качестве базовой станции использует двухчастотный дуплексный ретранслятор, который разрешает проводить децентрализованное и многоточечное управление сетью из любого из абонентских терминалов при наличии соответствующих прав. В качестве ретрансляторов могут быть использованы не только наземные устройства, а также ретрансляторы, расположенные на ТСВА, низкоорбитальных и геостационарных спутниках Земли [5].

Основные составные для реализации микроволновых телекоммуникационных систем. В диапазонах частот от 1 до 120 ГГц реализованный целый ряд элементов (диодов, транзисторов и монолитных микросхем на их базе) и узлов (смесители частоты вниз и вверх, усилители, детекторы, пре- образовательно-усилительные модули и др.) на базе арсенидгаллиевых активных элементов отечественного производства, параметры которых отвечают параметрам аналогичных изделий лучших зарубежных компаний в сфере производства микроволнового оборудования, а по отношению к своей себестоимости – в 1,5…3 раза более дешевые, чем зарубежные. Итак, можно констатировать, что на данное время на Украине восстановлено серийное производство микроволновых арсенидгаллиевых активных элементов, что позволило произвести отечественные узлы и устройства с электрическими параметрами мирового уровня.

III.  Заключение

Большинство полученных научно-технических результатов уже внедрены в производство. В частности, ОАО «НПП «Сатурн» освоило выпуск малогабаритных ЦРС, что позволило в течение последних 10 лет построить на их базе около 90 радиолиний. Практически производится элементная база микроволновой техники: фильтры, многоканальные час- тотно-разделительные устройства, смесители частоты, усиливающие устройства и пр. Государственным предприятием «Оризон-Навигация» налажен промышленный выпуск приемников ГНСС; эти приемники являются унифицированными и разрешают принимать сигналы от спутников разных глобальных навигационных систем: GPS, ГЛОНАСС, EGNOS, WAAS. Малогабаритные монолитные керамические фильтры для этих приемников производятся НИИ телекоммуникаций НТУУ «КПИ». Созданная предприятием «Оризон-Навигация» аппаратура используется десятками предприятий Украины, Росси, Беларуси и других стран.

Экспериментальные высокоскоростные радиосети с коммутацией пакетов «Дискрет» и сложными сигналами «Дисперс» реализованы в городах Киеве, Кривом Роге, Нижнем Новгороде, Красноярске. Методы многоуровневой пакетной коммутации реализованы в спутниковой системе передачи данных «Геос».

Наиболее масштабными внедрениями в практическую информатизацию государства стали:

а)    Транспортная сеть спутниковой связи Государственной таможенной службы Украины, которая создана на выполнение Указа Президента Украины от 24.07.1995 г. №614—95 для обеспечения полного контроля за перемещением транзитных грузов. Сеть имеет в своем составе 225 земных станций и является самой большой сетью спутниковой связи в Украине. Проектная нагрузка сети 500 Мбайт/сутки при пиковой нагрузке 100 Мбайт/час. С ноября 1999 года сеть осуществляет полный контроль за перемещением подакцизных товаров.

С 2000 года благодаря этой сети осуществлено «электронное» оформление всей внешнеэкономической деятельности таможенной службы. По согласованным интегральным оценкам внедрения этой сети ежегодно приносит в бюджет государства более как 1 млрд. грн. за счет прекращения правонарушений благодаря единой системе учета и контроля.

б)  Автоматизированная межведомственная интегрированная система обмена информацией Государственной налоговой администрации Украины создана в 1998 году и состоит из 24 станций, установленных в областных центрах Украины. Эта система имеет почти 100 серверов и более 1000 рабочих автоматизированных мест.

в)    Сеть спутниковой связи банка «Аваль» создана в 1998 году в составе 25 станций, расположенных в областных отделениях банка «Аваль» и в городе Севастополь.

г) Система спутниковой связи для регионального распределения Интернет-услуг созданная в 2000 году и обеспечивает распределение услуг сети Интернет в региональных центрах, которые действуют в Автономной Республике Крым, г. Харькове, Николаевской и Закарпатской областях. Реализованные скорости превышают 1 Мбит/сек.

Научные и практические результаты выполненной совместной работы опубликованы в более чем 200 работах, в том числе 4-х монографиях, новизна разработок защищенная 16 патентами на изобретения Украины.

IV. Список литературы

[1 ] Микроволновые устройства телекоммуникационных систем. В 2 т. Том 1: Распространение радиоволн. Антенные и частотно-избирательные устройства. Том 2: Устройства приемного и передающего трактов. Проектирование устройств и реализация систем / М. 3. Згуро- вский, М. Е. Ильченко, С. А. Кравчук и др. — К.: IВЦ «Видавництво «Полтехтка», 2003.

[2]   Непомящий Б. А. Технологические циклы действующей сети спутниковой связи национального характера // Сб. научных трудов 1ш Международного радиоэлектронного Форума «Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития», 8—10 октября 2002 г., Харьков.

— С. 463—466.

[3]   Лукьяненко Н. В. Разработка в КБ Оризон-Навигация нового приемника GNSS серии СН-4000 // Сб. докладов IV Международной н/тконф. «Гиротехнологии, навигация, управление движением и конструирование авиационно-космической техники». 21—23 апреля 2003 г., Киев, 2003.

[4]   Каталог продукции «Сатурн» / Под ред В. М. Чмиля. — К.: ОАО «НПП «Сатурн», 2003.

[5]   Ильченко М. Е., Бунин С. Г., Войтер А. П. Сотовые радиосети с коммутацией пакетов. – К.: Наукова Думка,

2003.               — 266 с.

IMPLEMENTATION OF TELECOMMUNICATION SYSTEMS USING MICROWAVE TECHNOLOGY IN UKRAINE

Ilchenko М. E.*, Bunin S. G.*, KravchukS. A.*, Lukyanenko N. V.**, Nepomyachiy B. A.***,

Chmil V. M.****

*Research institute of telecommunications NTUU «КР1» Industrial per., 2, 03056, Kyiv-056, Ukraine Tel. 241-77-23, e-mail: sakravchuk@ukr.net ** National Enterprise «Orizon-navigation»

Mazura str., 24, 20704, Smila of Cherkassk prov.,

Tel. (04733) 40246 *** Close Corporation «Ukrsat»

04201, Kyiv, Marshala Rokosovskogo Ave., 3/4,

Tel. 238-2555, e-mail: sales@ukrsat.com

**** риьцс Corporation « Research-and-production company «Saturn»,

03148, 50 Let Oktyabrya, 2b, Tel. 407-93-72, e-mail: chmil@jssaturn.kiev.ua

Abstract – Presented in this paper are the results of research and innovation in the field of creation of National Information- Telecommunication Infrastructure with the use of microwave technology. The concept presents functionally related structured system of wireless telecommunication media, providing information, navigation and other services, as well as wireless transport and corporate networks, user access networks, etc.

I.  Introduction

Implementation of modern information-telecommunication systems supposes convergence of information and telecommunication technologies for creation of uniform systems for information storage, processing and transmission. Separate class of these systems is based on the use of microwave technology, which makes it possible to provide wireless broadband access to information resources. That is the primary task of modern communication media. It should be noted that only use of microwave technologies and modern tools of digital processing makes it possible to create modern wireless high-speed telecommunication systems with good characteristics [1 ].

II. General

Electromagnetic waves of microwave range have quasi- optical properties. In the free space they propagate in straight. That means that linkage in microwave range is possible only if there is no obstacles between transmitter and receiver. There exist three classes of telecommunication systems:

—  Satellite telecommunication systems with microwave equipment on geostationary earth orbit satellites (36000 km) or low-orbit satellites (hundreds of kilometers);

— High Altitude Platform Station (HAPS) (approx. 20 kms);

—    Terrestrial Telecommunication systems of broadband access (relay and cellular). In all systems listed above, transceiving antennas are mounted on towers or high constructions.

Thus broadband wireless access network has the following four levels on a vertical hierarchy (top-down): satellite communications with low information density; stratospheric telecommunication systems with medium information density; ground wireless systems with maximum information density; access to terrestrial trunk fiber-optic communications, distribution local cable networks and information resources.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты