Збільшення пропускної спроможності ділянки телекомунікаційної мережі за рахунок просторово-енергетичного мультиплексування - Статья

Концепція розвитку телекомунікацій в Україні (від 07.06.2006 р., №316-р) визначає проблеми, в числі яких низький рівень забезпечення населення, підприємств, установ і організацій широкосмуговими телекомунікаційними послугами. Тому серед основних напрямів розвитку телекомунікаційних мереж слід вважати розвиток широкосмугового абонентського доступу (ШСД) з використанням перспективних технологічних рішень. Більшість нових технологій залежать від доступності ресурсів телекомунікаційної мережі та всіх повязаних з нею сервісів, надійності та стабільності підключення до неї на дедалі зростаючих швидкостях. Граничне значення пропускної спроможності безперервного тимчасового аналогового каналу звязку, спотвореного гаусівським шумом, відповідно до теореми Шеннона-Хартлі, складаєТелекомунікаційна мережа використовує лінії звязку з розділенням каналів по частоті (Frequency Division Multiplexing, FDM) і часі (Time Division Multiplexing, TDM). Пропускна спроможність системи мультиплексування становить Для збільшення доступних ресурсів телекомунікаційної мережі пропонується мультиплексування мереж, що розділяються: - за середовищами передавання сигналів (просторове мультиплексування - Space Division Multiplexing, SDM) - на лінії звязку по штучних напрямних, у відкритому просторі, під водою, під землею [5]; 1 наведено порівняльні характеристики швидкостей передачі сигналів різної фізичної природи у різних фізичних середовищах. мультиплексування звязок пропускний сигнал Для передачі/прийому акустичних сигналів використовують звукові (10-20 КГЦ) і ультразвукові (20 КГЦ - 2 МГЦ) сигнали.Показана схема системи звязку, яка є трирівневою ієрархічною послідовністю мультиплексорів, що обєднують доступні ресурси - середовища поширення сигналів, сигнали різної фізичної природи, смуги частот і інтервали часу сигналів.

Телекомунікаційна мережа використовує лінії звязку з розділенням каналів по частоті (Frequency Division Multiplexing, FDM) і часі (Time Division Multiplexing, TDM). Пропускна спроможність системи мультиплексування становить

, , , , (2) де - кількість частотних інтервалів; - кількість часових інтервалів; i - номер каналу за порядком (цілі невідємні числа).

Для збільшення доступних ресурсів телекомунікаційної мережі пропонується мультиплексування мереж, що розділяються: - за середовищами передавання сигналів (просторове мультиплексування - Space Division Multiplexing, SDM) - на лінії звязку по штучних напрямних, у відкритому просторі, під водою, під землею [5];

- за фізичною природою сигналів (енергетичне мультиплексування) - на радіо, оптичні, нейтринні тощо [6].

В табл. 1 наведено порівняльні характеристики швидкостей передачі сигналів різної фізичної природи у різних фізичних середовищах. мультиплексування звязок пропускний сигнал

Таблиця 1. Порівняльна характеристика швидкостей передачі сигналів різної фізичної природи у різних природних середовищах

Характеристика сигналу Фізична природа сигналу

Акустичний Радіо Оптичний

Гранична швидкість передачі у підводному середовищі [7] До 100 Кбіт/с До 10 Мбіт/с До 1 Гбіт/с

Типова швидкість передачі у земній атмосфері [8] Понад 1 Гбіт/с Від 100 Мбіт/с до ~Гбіт/с

Підземний безкабельний звязок широкого застосування не набув. Проте, в геофізичній розвідці земних надр для передачі інклінометричної та геофізичної інформації із свердловини на поверхню використовують акустичний та електромагнітний канали звязку. Для передачі/прийому акустичних сигналів використовують звукові (10-20 КГЦ) і ультразвукові (20 КГЦ - 2 МГЦ) сигнали. Для передачі/прийому електромагнітних сигналів використовують низькочастотну (20-60 КГЦ) і високочастотну (1-40 МГЦ) смуги частот [9]. У 2012 році була продемонстрована передача даних з використанням засобів безкабельного нейтринного звязку на відстань 1 035 км, в тому числі через 240 м гірської породи. Швидкість передачі даних склала близько 0,1 біт/с [10].

Схема повноцінної гібридної телекомунікаційної системи представляє собою трирівневу ієрархічну послідовність мультиплексорів (рис. 1).

Рис. 1. Функціональна схема багатоканальної системи звязку: І - рівень мультиплексування каналів з частотно-часовим розділенням сигналів; ІІ - рівень мультиплексування каналів з розділенням сигналів по фізичній природі; ІІІ - рівень мультиплексування каналів з розділенням сигналів по середовищу передавання

На першому рівні мультиплексування (ущільнення) використовується розділення каналів передачі по частоті, часі (див. формулу (2)).

Другий рівень включає сигнали різної фізичної природи: , , (3) де - кількість енергетичних каналів.

На третьому рівні мультиплексування використовується просторове розділення каналів: , , (4) де - кількість каналів по середовищах передавання сигналів в Декартових координатах (у відкритому просторі та штучних напрямних).

Остаточно, трирівневе мультиплексування каналів з розділенням сигналів по середовищу передавання, фізичній природі і первинним характеристикам можна представити у наступному вигляді: . (5)

При m=1, n=1 система вироджується до рівня мультиплексування з розділенням сигналів по первинним характеристикам. Розширення транспортного телекомунікаційного простору (виграш трирівневої системи мультиплексування) забезпечується за умов {(m>1)U(n>1)}U{(m>1)U(n>1)}, де U, U - символи дизюнкції ("АБО") і конюнкції ("І"), відповідно.Показана схема системи звязку, яка є трирівневою ієрархічною послідовністю мультиплексорів, що обєднують доступні ресурси - середовища поширення сигналів, сигнали різної фізичної природи, смуги частот і інтервали часу сигналів.

Наведено формулу розрахунку пропускної спроможності ділянки телекомунікаційної мережі, збільшення якої виконується за рахунок просторово-енергетичного мультиплексування каналів.

Врахована можливість постійної модернізації мережі шляхом розробки і вдосконалення систем з просторовим і енергетичним мультиплексуванням каналів.

1. Дубов Д. В. Широкосмуговий доступ до мережі Інтернет як важлива передумова інноваційного розвитку України: аналіт. доп. / Д. В. Дубов, М. А. Ожеван. - К. : НІСД, 2013. - 112 с.

2. Матов О. Я. Пропускна спроможність каналу та доступність інформаційних обєктів у розподілених мережах / О. Я. Матов, В. С. Василенко, О. В. Дубчак // Реєстрація, зберігання і обробка даних. - 2009. - Т. 11, №2. - С. 77-82.

3. Kelso D. R. Open access to next generation broadband: Diss. … Doctor of Philosophy. - Queensland University of Technology, 2008. - 236 p.

4. Данные о распространении радиоволн, требуемые для разработки наземных оптических линий для связи в свободном пространстве. Рекомендация МСЭ-R P.1817.

5. Пат. 111243 України, МПК H04J 99/00. Застосування способу дистанційного контролю глибини водойми з використанням багатоканального доступу до полів сейшового походження для здійснення багатоканального звязку / Анахов П. В., Анахов С. П., Анахова О. В. - №u201603370; заявл. 01.04.2016; опубл. 10.11.2016; Бюл. №21.

6. Пат. 112101 України, МПК H04J 9/00. Спосіб багатоканального звязку / Анахов П. В. - №u201602785; заявл. 21.03.2016; опубл. 12.12.2016; Бюл. №23.

7. Lanbo L. Prospects and problems of wireless communication for underwater sensor networks / L. Lanbo, S. Zhou, J.-H. Cui // Wireless Communications and Mobile Computing. - 2008. - Vol. 8, Iss. 8. - P. 977-994. DOI: 10.1002/wcm.654.

8. Trisno S. Design and analysis of advanced free space optical communication systems: Diss. … Doctor of Philosophy. - University of Maryland, 2006. - 149 p.

9. Геофизические методы исследований / В. К. Хмелевской, Ю. И. Горбачев, А. В. Калинин и др.; под ред. Н. И. Селивестрова. - Петропавловск-Камчатский: изд-во КГПУ, 2004. - 232 с.

10. Stancil D. D. Demonstration of communication using neutrinos / D. D. Stancil, P. Adamson, M. Alania, L. Aliaga et al. // Modern Physics Letters A. - 2012. - Vol. 27, Iss. 12. - 10 p. DOI: 10.1142/S0217732312500770.

Размещено на .ru