Ільченко М. Е. *, Бунін С. Г. *, Кравчук С. А. *, Лук’яненко Н. В. **, Непомящий Б. А. ***, Чміль В. м. ***** Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут» Індустріальний пров. 2, 03056, Київ-056, Україна, тел. 241-77-23, e-mail: sakravchuk@ukr.net ** Гесударственное підприємство «Оризон-Навігація» вул. Мазура, 24, 20704, м. Сміла Черкаської обл., Т. (04733) 40246, факс (04733) 44354

*** ЗАТ «Укрсат»

пр. Маршала Рокосовського, 3/4, 04201, м. Київ-201, тел. 238-2555, e-mail: sales @ ukrsat. сот **** ВАТ «Науково-виробниче підприємство« Сатурн »

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

Анотація – Представлені результати циклу науково-дослідних і впроваджувальних робіт по створенню концепції побудови національної информационнотелекоммуникационной інфраструктури з використанням мікрохвильових технологій. Ця концепція є функціонально-залежну структуровану сукупність бездротових телекомунікаційних засобів надання інформаційних, навігаційних та інших послуг, а також бездротових транспортних і корпоративних мереж, мереж абонентського доступу.

I. Вступ

Реалізація сучасних информационнотелекоммуникационных систем передбачає конвергенцію інформаційних та телекомунікаційних технологій для створення єдиних систем накопичення, обробки та передачі інформації. Окремий клас цих систем базується на використанні мікрохвильових технологій, які дозволяють вирішити проблему бездротового широкосмугового доступу до інформаційних ресурсів. Рішення цієї проблеми є одним із головних завдань сучасних телекомунікацій. Підкреслимо, що лише використання мікрохвильових технологій і сучасних засобів цифрової обробки дозволяє створювати сучасні бездротові високошвидкісні телекомунікаційні системи з характеристиками, що відповідають світовому рівню [1].

Важливою перевагою мікрохвильового діапазону є його велика інформаційна ємність. Дійсно, якщо електромагнітні хвилі від кілометрового до метрового діапазону охоплюють смугу частот приблизно 1 ГГц, то в мікрохвильовому смуга частот майже в 300 разів більш широка. Тобто в ньому за той же проміжок часу можна передавати, по крайней мере, в 300 разів більше інформації, ніж в інших разом узятих низькочастотних діапазонах. Більш того, широка смуга мікрохвильового діапазону дозволяє здійснювати високоякісну передачу високошвидкісних потоків інформації. В системах телекомунікацій це дозволяє істотно збільшити кількість каналів телефонних комунікацій і телерадіомовлення, організувати багатоканальну передачу широкосмугових сигналів з одночасним підвищенням якості інформаційних комунікацій.

II. Загальні положення

Створення мікрохвильових телекомунікаційних систем являє собою складну комплексну проблему, яка включає реалізацію як нових мікрохвильових пристроїв в гібридному або монолітному виконанні, так і системотехнічних рішень нової апаратури. При впровадженні в практику додатково має бути вирішено і питання менеджменту надання відповідних послуг. Значний досвід Національного технічного університету України «КПІ» (НТУУ «КПІ») у вирішенні питань побудови сучасних мікрохвильових телекомунікаційних систем став підставою для прийняття 21 березня 2001 Комітетом з питань науки і освіти Верховної ради України рішення щодо визнання НТУУ «КПІ» як головної організації з розробки та впровадження мікрохвильових телекомунікаційних систем, поклавши на університет координаційні функції щодо співпраці з іншими організаціями. Вчені університету вирішують вказані проблеми в тісній співпраці з установами НАН України, підприємствами (Науково-виробниче підприємство «Сатурн» та державне підприємство «Оризон-Навігація») і телекомунікаційними компаніями, зокрема «Укрсат».

Результатом такої співпраці стало виконання циклу науково-дослідних і впроваджувальних робіт, які вперше обгрунтували і надали Концепцію побудови національної інформаційно-телекомунікаційної інфраструктури з використанням мікрохвильових технологій. Ця концепція побудови информационнотелекоммуникационной мережі широкосмугового бездротового доступу (ШБД) як сукупності бездротових телекомунікаційних засобів надання інформаційних, навігаційних та інших послуг, а також бездротових транспортних і корпоративних мереж, мереж абонентського доступу базується на наступних принципах:

– підтримка високої інформаційної пропускної здатності;

– забезпечення передачі всіх видів інформації (голос, дані, зображення, відео і т. д.);

– реалізація мобільності, при якій кожен користувач має можливість використовувати необхідне йому з’єднання незалежно від місця підключення до мережі;

– прозорість підтримки з’єднань для інформаційних потоків різних стандартів через спеціальні інтерфейси, обумовлені протокольним рівнем систем ШБД, який не поширюється на зовнішні мережі.

Електромагнітні хвилі мікрохвильового діапазону мають квазіоптичні властивостями, зокрема у вільному просторі напрямок їх поширення прямолінійно. А це практично означає, що створення комунікацій в мікрохвильовому діапазоні можливе лише за умови прямої видимості передавача і приймача. Саме ця обставина породжує конструктивно-функціональну реалізацію мікрохвильових телекомунікаційних систем, як мінімум трьох класів:

– супутникових телекомунікаційних систем з розташуванням мікрохвильового обладнання на супутниках з геостаціонарної орбітою (висотою 36 тис. км) або низькоорбітальних (заввишки кілька сотень кілометрів) супутниках;

– телекомунікаційних систем на базі висо-коподнятих аероплатформ (ТСВА) (на висоті приблизно 20 км);

– наземних телекомунікаційних систем широкосмугового доступу, радіорелейних і стільникових. Всі вони використовують розміщення приемопередающих антен на вежах або високих будинках безпосередньо на Землі.

Відповідно до цих конструктивно-функціональними особливостями мережу широкосмугового бездротового доступу по вертикальній ієрархії (зверху вниз) має наступні чотири рівні: супутникових комунікацій з невисокою інформаційної щільністю; стратосферних телекомунікаційних систем із середньою інформаційної щільністю; наземних бездротових систем з максимальною інформаційної щільністю; доступу до наземних магістральним оптоволоконним комунікацій, розподільних місцевим кабельним мережам і інформаційних ресурсів.

Представлена ​​концепція побудови інформаційно-телекомунікаційної мережі дозволяє здійснити оптимальне територіальне розподіл інформаційного трафіка, будівництво даної мережі можливе з поетапним введенням її сегментів в експлуатацію, не вимагає значних капітальних витрат і, відповідно, дозволяє прискорити окупність вкладених в них коштів, які дуже важливо для держави з економікою, що розвивається. Можливість швидкого розгортання мережі дозволяє вирішити проблему надання повного набору мультимедійних послуг і забезпечити ними державних, корпоративних і індивідуальних споживачів.

Реалізація представленої концепції цілком під силу вітчизняним науково-дослідним і проектним інститутам, виробничим підприємствам, телекомунікаційним компаніям. Результати реалізації Концепції, отримані авторським колективом даної доповіді, охоплюють наступні напрямки: информационнотелекоммуникационной мережі з використанням систем супутникових комунікацій; спутніковоназемние навігаційні телекомунікаційні системи; інформаційно-телекомунікаційні системи на базі високопіднятих аероплатформ; цифрові мікрохвильові радіорелейні системи; наземні системи мікрохвильового широкосмугового доступу; стільникові інформаційні мережі з комутацією пакетів; основні складові для реалізації мікрохвильових телекомунікаційних систем.

По любому з цих напрямків авторами отримані нові науково-технічні результати, які за своїм рівнем відповідають світовому. Так, зокрема, в рамках першого напряму спроектований, побудований і введений в експлуатацію найпотужніший в Україну Телепорт з Центром управління системами супутникових комунікацій і резервованими зовнішніми каналами на США, Європу, Росію, а також паритетні канали з провідними українськими провайдерами, які забезпечує надійний і швидкий прямий доступ до провідних світових інформаційних центрів і вітчизняним Інтернет-ресурсам [2]. У такій реалізації системи комунікацій задіяна оренда каналів і ретрансляторів зарубіжних штучних супутників Землі, яка в економічному аспекті виявилася набагато дешевшою ніж розробка, будівництво, запуск і експлуатація власного супутника. Транспортна наземна мережа супутникових комунікацій реалізована з використанням понад 200 невеликих земних станцій.

Практична експлуатація протягом останніх років створеної супутникової информационнотелекоммуникационной національної інфраструктури багатофункціонального призначення показала, що реалізовані можливості мікрохвильових технологій в супутникових комунікаціях дозволили: раціонально впроваджувати інфраструктуру в багатьох областях діяльності товариства; вирішити проблему багатофункціональності послуг; створити за допомогою єдиних засобів телекомунікацій багаторівневу інформаційну інфраструктуру, яка змогла охопити як центральні, так регіональні та периферійні установи та організації.

Наведемо короткі характеристики основних отриманих результатів по інших напрямках.

супутниково-наземні навігаційні телекомунікаційні системи. Враховуючи, що існує вільний доступ на безоплатній основі до сигналів глобальних навігаційних супутникових систем (ГНСС) GPS Navster (США), ГЛОНАСС (Росія), EGNOS і WAAS (США) на шляху впровадження навігаційних систем в Україну найбільш економічним є варіант спільного використання сигналів зазначених супутникових систем і організації моніторингу ГНСС на власній території. Основою для широкого впровадження технологій ГНСС в Україну служить реалізація вітчизняних проектів створення апаратури для приймання сигналів GPS, ГЛОНАСС (Росія), EGNOS / WAAS. Ці проекти грунтуються на вітчизняних винаходи способу і пристрою повністю апаратної обробки сигналів у супутникових навігаційних приймачах [3]. В основу цієї реалізації закладений принцип базових технічних рішень і використання вітчизняних розробок керамічних фільтрів і спеціалізованих обчислювальних засобів. Ці принципи практично реалізовані державі-нним підприємством «Оризон-Навігація».

Інформаційно-телекомунікаційні системи на базі високопіднятих аероплатформ

Розроблено структурно-функціональні принципи побудови ТСВА.

Вперше розроблені способи корекції відходу діаграми спрямованості бортовий антени за кордону заданої односотовой зони обслуговування ТСВА при русі аероплатформи.

Визначено особливості організації комунікацій міліметрового діапазону хвиль для ТСВА. Визначено вимоги до мікрохвильового обладнання ТСВА для забезпечення безперебійного функціонування системи.

Розроблено методику прогнозування зони покриття ТСВА.

Розроблений перший проект ТСВА для Україні під назвою «Небесна сота».

Мікрохвильові цифрові радіорелейні системи (ЦРС).

Представлено принципи побудови ЦРС, які використані як при розробці нових радіорелейних систем, так і при модернізації створених раніше.

Розроблено нові структурно-функціональні схеми побудови радіомодулів мікрохвильових ЦРС прямої видимості.

Розроблено модемне обладнання ЦРС, де забезпечується пряма корекція помилок. За своїми технічними характеристиками модемне обладнання повністю відповідає Рекомендаціям Міжнародного Союзу Електрозв’язку (МСЕ), що підтверджує її світовий рівень.

Розроблена серія ЦРС «Сатурн-Е» за своїми технічними характеристиками повністю відповідає Рекомендаціям МСЕ і державним стандартам України. Серія ЦРС повністю перекриває діапазони частот від 7 до 38 ГГц, реалізує передачу трафіку від 2 до 32 Мбіт / с, може формувати довільні радіорелейні мережі з використанням різних способів резервування. При цьому, при істотно нижчою собівартості в порівнянні із закордонними системами, ЦРС «Сатурн-Е» забезпечує високу надійність роботи радіоліній [4].

Наземні системи мікрохвильового широкосмугового радіодоступу.

Вперше проведена класифікація систем широкосмугового радіодоступу (СШР) як невід’ємної частини нового виду телекомунікаційних систем – систем широкосмугового бездротового доступу (СШБД). Позначено місце і роль СШР серед інших СШБД.

Запропоновано концептуальні напрями створення телекомунікаційних радіосистем короткохвильової частини міліметрового і субмілімметро-вого діапазонів хвиль.

Запропонована адаптивна система для автоматичного регулювання рівнів потужності на вході приймального тракту базової станції СШР з використанням зворотного каналу зв’язку по окремих несучих від абонентських терміналів.

Певні чинники, які впливають на показники якості мікрохвильових СШР.

Розроблено загальні принципи побудови зонових мікрохвильових СШР;

Розроблено цифрова широкосмугова мікрохвильова телекомунікаційна розподільна система (МТРС) з можливістю інтеграції голосу, відео і даних. Дана система не має вітчизняних аналогів і повністю відповідає світовому рівню, а по ряду параметрів перевищує його. Розроблено основні принципи організації МТРС як стільникової структури з однією точкою доступу до зовнішніх мереж і ряду абонентських терміналів, які через точку доступу формують свої локальні мережі. Загальний дуплексний трафік системи залежно від використаного методу маніпуляції (ФМ або КАМ) може змінюватися від 2,4 до 9,8 Гбіт / с.

Мобільний інформаційні мережі з комутацією пакетів.

Запропоновано архітектура, топологія, протоколи стільникових інформаційних мереж, в яких використовується виключно метод комутації та маршрутизації пакетів, що дозволяє реалізовувати максимальні швидкості передачі всіх видів інформації, обумовлені лише виділеним для функціонування мережі частотним ресурсом. Запропонована мережа може мати необмежену кількість сот – локальних об’єднань абонентських терміналів. Кожна сота в якості базової станції використовує двочастотний дуплексний ретранслятор, який дозволяє проводити децентралізоване і багатоточкове управління мережею з будь-якого з абонентських терміналів при наявності відповідних прав. В якості ретрансляторів можуть бути використані не тільки наземні пристрої, а також ретранслятори, розташовані на ТСВА, низькоорбітальних і геостаціонарних супутниках Землі [5].

Основні складові для реалізації мікрохвильових телекомунікаційних систем. У діапазонах частот від 1 до 120 ГГц реалізований цілий ряд елементів (діодів, транзисторів і монолітних мікросхем на їх базі) і вузлів (змішувачі частоти вниз і вгору, підсилювачі, детектори, пре-освітньо-підсилювальні модулі та ін) на базі арсенідгалліевих активних елементів вітчизняного виробництва, параметри яких відповідають параметрам аналогічних виробів кращих зарубіжних компаній у сфері виробництва мікрохвильового обладнання, а по відношенню до своєї собівартості – в 1,5 … 3 рази дешевші, ніж закордонні. Отже, можна констатувати, що на даний час на Україну відновлено серійне виробництво мікрохвильових арсенідгалліевих активних елементів, що дозволило зробити вітчизняні вузли і пристрої з електричними параметрами світового рівня.

III. Висновок

Більшість отриманих науково-технічних результатів уже впроваджені у виробництво. Зокрема, ВАТ «НВП« Сатурн »освоїло випуск малогабаритних ЦРС, що дозволило протягом останніх 10 років побудувати на їх базі близько 90 радіоліній. Практично проводиться елементна база мікрохвильової техніки: фільтри, багатоканальні годину-тотно-розділові пристрої, змішувачі частоти, що підсилюють пристрої та пр. Державним підприємством «Оризон-Навігація» налагоджено промисловий випуск приймачів ГНСС; ці приймачі є уніфікованими і дозволяють приймати сигнали від супутників різних глобальних навігаційних систем: GPS, ГЛОНАСС, EGNOS, WAAS. Малогабаритні монолітні керамічні фільтри для цих приймачів виробляються НДІ телекомунікацій НТУУ «КПІ». Створена підприємством «Оризон-Навігація» апаратура використовується десятками підприємств України, Росії, Білорусі та інших країн.

Експериментальні високошвидкісні радіомережі з комутацією пакетів «Дискрет» і складними сигналами «дисперсії» реалізовані у містах Києві, Кривому Розі, Нижньому Новгороді, Красноярську. Методи багаторівневої пакетної комутації реалізовані в супутниковій системі передачі даних «Геос».

Найбільш масштабними впровадженнями в практичну інформатизацію держави стали:

а) Транспортна мережа супутникового зв’язку Державної митної служби України, яка створена на виконання Указу Президента України від 24.07.1995 р. № 614-95 для забезпечення повного контролю за переміщенням транзитних вантажів. Мережа має в своєму складі 225 земних станцій і є найбільшою мережею супутникового зв’язку в Україні. Проектна навантаження мережі 500 Мбайт / добу при піковому навантаженні 100 Мбайт / год. З листопада 1999 року мережа здійснює повний контроль за переміщенням підакцизних товарів.

З 2000 року завдяки цій мережі здійснено «електронне» оформлення всієї зовнішньоекономічної діяльності митної служби. За узгодженим інтегральним оцінками впровадження цієї мережі щорічно приносить в бюджет держави більш як 1 млрд. грн. за рахунок припинення правопорушень завдяки єдиній системі обліку та контролю.

б) Автоматизована міжвідомча інтегрована система обміну інформацією Державної податкової адміністрації України створена в 1998 році і складається з 24 станцій, встановлених в обласних центрах України. Ця система має майже 100 серверів і більше 1000 робочих автоматизованих місць.

в) Мережа супутникового зв’язку банку «Аваль» створена в 1998 році у складі 25 станцій, розташованих в обласних відділеннях банку «Аваль» і в місті Севастополь.

г) Система супутникового зв’язку для регіонального розподілу Інтернет-послуг створена в 2000 році і забезпечує розподіл послуг мережі Інтернет в регіональних центрах, які діють в Автономній Республіці Крим, м. Харкові, Миколаївській та Закарпатській областях. Реалізовані швидкості перевищують 1 Мбіт / сек.

Наукові та практичні результати виконаної спільної роботи опубліковані в більш ніж 200 працях, у тому числі 4-х монографіях, новизна розробок захищена 16 патентами на винаходи Україні.

IV. Список літератури

[1] Мікрохвильові пристрої телекомунікаційних систем. В 2 т. Том 1: Поширення радіохвиль. Антенні і частотно-виборчі пристрою. Том 2: Пристрої приймального і передавального трактів. Проектування пристроїв і реалізація систем / М. 3. Згура-вський, М. Є. Ільченко, С. А. Кравчук и др. – К.: IВЦ «Видавництво« Полтехтка », 2003.

[2] Непомящий Б. А. Технологічні цикли діючої мережі супутникового зв’язку національного характеру / / Сб наукових праць 1ш Міжнародного радіоелектронного Форуму «Прикладна радіоелектроніка. Стан та перспективи розвитку », 8-10 жовтня 2002 р., Харків.

– С. 463-466.

[3] Лук’яненко Н. В. Розробка в КБ Оризон-Навігація нового приймача GNSS серії СН-4000 / / Сб доповідей IV Міжнародної н / тконф. «Гіротехнології, навігація, управління рухом і конструювання авіаційно-космічної техніки ». 21-23 квітня 2003 р., Київ, 2003.

[4] Каталог продукції «Сатурн» / Под ред В. М. Чміля. – К.: ВАТ «НВП« Сатурн », 2003.

[5] Ільченко М. Е., Бунін С. Г., Войтер А. П. Стільникові радіомережі з комутацією пакетів. – 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

**** ріьцз 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.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»