Technologia łącza mikrofalowego

 

Wprowadzenie do mikrofalówki

 

Przykład instalacji bezprzewodowego łącza mikrofalowego

Mikrofale to technologia komunikacji bezprzewodowej na linii wzroku, która wykorzystuje wiązki fal radiowych o wysokiej częstotliwości w celu zapewnienia szybkich połączeń bezprzewodowych, które mogą wysyłać i odbierać informacje głosowe, wideo i dane.

Łącza mikrofalowe są szeroko stosowane w komunikacji punkt-punkt, ponieważ ich mała długość fali pozwala antenom o dogodnych rozmiarach kierować je w wąskich wiązkach, które można skierować bezpośrednio na antenę odbiorczą. Dzięki temu znajdujący się w pobliżu sprzęt mikrofalowy może wykorzystywać te same częstotliwości bez wzajemnych zakłóceń, jak robią to fale radiowe o niższej częstotliwości. Kolejną zaletą jest to, że wysoka częstotliwość mikrofal zapewnia pasmu mikrofalowemu bardzo dużą pojemność przenoszenia informacji; pasmo mikrofalowe ma szerokość pasma 30 razy większą niż cała reszta widma radiowego poniżej niego.

Mikrofalowa transmisja radiowa jest powszechnie stosowana w systemach komunikacji punkt-punkt na powierzchni Ziemi, w komunikacji satelitarnej oraz w komunikacji radiowej w przestrzeni kosmicznej. Inne części mikrofalowego pasma radiowego są wykorzystywane w radarach, systemach radionawigacyjnych, systemach czujników i radioastronomii.

Wyższe części radiowego widma elektromagnetycznego o częstotliwościach powyżej 30 GHz i poniżej 100 GHz nazywane są „falami milimetrowymi”, ponieważ ich długości fal dogodnie mierzy się w milimetrach, a ich długości wahają się od 10 mm do 3.0 mm. Fale radiowe w tym paśmie są zwykle silnie tłumione przez ziemską atmosferę i zawarte w niej cząsteczki, zwłaszcza podczas deszczowej pogody. Ponadto w szerokim paśmie częstotliwości około 60 GHz fale radiowe są silnie tłumione przez tlen cząsteczkowy w atmosferze. Technologie elektroniczne potrzebne w paśmie fal milimetrowych są również znacznie bardziej złożone i trudniejsze do wytworzenia niż w paśmie mikrofalowym, stąd koszt radiotelefonów milimetrowych jest na ogół wyższy.

Historia komunikacji mikrofalowej
James Clerk Maxwell, korzystając ze swoich słynnych „równań Maxwella”, przewidział istnienie niewidzialnych fal elektromagnetycznych, których częścią są mikrofale, w 1865 r. W 1888 r. Heinrich Hertz jako pierwszy zademonstrował istnienie takich fal, budując urządzenie, które wytwarzał i wykrywał mikrofale w obszarze ultra wysokich częstotliwości. Hertz uznał, że wyniki jego eksperymentu potwierdziły przewidywania Maxwella, ale nie widział żadnych praktycznych zastosowań dla tych niewidzialnych fal. Późniejsze prace innych doprowadziły do ​​wynalezienia komunikacji bezprzewodowej opartej na mikrofalach. Współtwórcami tej pracy byli Nikola Tesla, Guglielmo Marconi, Samuel Morse, Sir William Thomson (później Lord Kelvin), Oliver Heaviside, Lord Rayleigh i Oliver Lodge.

Mikrofalowe łącze nad kanałem La Manche, 1931

W 1931 roku amerykańsko-francuskie konsorcjum zademonstrowało eksperymentalne połączenie przekaźnika mikrofalowego w kanale La Manche przy użyciu 10-metrowych talerzy, jednego z najwcześniejszych systemów komunikacji mikrofalowej. Dane telefoniczne, telegraficzne i faksymile były przesyłane za pośrednictwem wiązek 3 GHz 1.7 mil między Dover w Wielkiej Brytanii a Calais we Francji. Nie mógł jednak konkurować z tanimi podmorskimi taryfami kablowymi, a planowany system komercyjny nigdy nie został zbudowany.

W latach pięćdziesiątych XX wieku system mikrofalowych łączy przekaźnikowych AT&T Long Lines rozrósł się, aby przenosić większość ruchu telefonicznego w USA, a także sygnały międzykontynentalnej sieci telewizyjnej. Prototyp nosił nazwę TDX i był testowany na połączeniu między Nowym Jorkiem a Murray Hill, lokalizacją Bell Laboratories w 1950 roku. System TDX został utworzony między Nowym Jorkiem a Bostonem w 1946 roku.

Nowoczesne komercyjne łącza mikrofalowe
Bezprzewodowa kuchenka mikrofalowa w wieży komunikacyjnej

Wieża komunikacji mikrofalowej

Łącze mikrofalowe to system komunikacyjny, który wykorzystuje wiązkę fal radiowych w zakresie częstotliwości mikrofalowych do przesyłania obrazu, dźwięku lub danych między dwoma lokalizacjami, które mogą znajdować się od zaledwie kilku stóp lub metrów do kilku mil lub kilometrów od siebie. Przykłady komercyjnych łączy mikrofalowych firmy CableFree można zobaczyć tutaj. Nowoczesne łącza mikrofalowe mogą przenosić do 400 Mb / sw kanale 56 MHz przy użyciu modulacji 256QAM i technik kompresji nagłówka IP. Odległości robocze dla łączy mikrofalowych są określane przez rozmiar anteny (wzmocnienie), pasmo częstotliwości i pojemność łącza. Dostępność wyraźnej linii wzroku jest kluczowa dla łączy mikrofalowych, dla których krzywizna Ziemi musi być dopuszczona

CableFree FOR2 Łącze mikrofalowe 400 Mb / s

Łącza mikrofalowe są powszechnie używane przez nadawców telewizyjnych do przesyłania programów na przykład w całym kraju lub z nadawania zewnętrznego z powrotem do studia. Jednostki mobilne można zamontować na kamerze, umożliwiając kamerom swobodę poruszania się bez ciągnięcia kabli. Są one często widoczne na liniach bocznych boisk w systemach Steadicam.

Planowanie połączeń mikrofalowych
● Łącza CableFree Microwave należy zaplanować z uwzględnieniem następujących parametrów:
● Wymagana odległość (km / mile) i przepustowość (Mb / s)
● Pożądany cel dostępności (%) dla łącza
● Dostępność wyraźnego pola widzenia (LOS) pomiędzy węzłami końcowymi
● Wieże lub maszty, jeśli są wymagane, aby osiągnąć wyraźny LOS
● Dozwolone pasma częstotliwości specyficzne dla regionu / kraju
● Ograniczenia środowiskowe, w tym zanikanie deszczu
● Koszt licencji na wymagane pasma częstotliwości
 
 

Pasma częstotliwości mikrofal

Sygnały mikrofalowe są często dzielone na trzy kategorie:

ultra wysoka częstotliwość (UHF) (0.3-3 GHz);
super wysoka częstotliwość (SHF) (3-30 GHz); i
ekstremalnie wysoka częstotliwość (EHF) (30-300 GHz).
Ponadto pasma częstotliwości mikrofal są oznaczone specjalnymi literami. Oznaczenia przez Radio Society of Great Britain podano poniżej.
Pasma częstotliwości mikrofal
Oznaczenie Zakres częstotliwości
● Pasmo L 1 do 2 GHz
● Pasmo S 2 do 4 GHz
● Pasmo C 4 do 8 GHz
● Pasmo X od 8 do 12 GHz
● Pasmo Ku 12 do 18 GHz
● Pasmo K 18 do 26.5 GHz
Pasmo Ka 26.5 do 40 GHz
● Pasmo Q od 30 do 50 GHz
● Pasmo U od 40 do 60 GHz
● Pasmo V od 50 do 75 GHz
● Pasmo E od 60 do 90 GHz
● Pasmo W od 75 do 110 GHz
● Pasmo F od 90 do 140 GHz
● Pasmo D od 110 do 170 GHz

Termin „pasmo P” jest czasami używany w przypadku bardzo wysokich częstotliwości poniżej pasma L. Aby zapoznać się z innymi definicjami, zobacz Oznaczenia literowe pasm mikrofalowych

Niższe częstotliwości mikrofal są używane w przypadku dłuższych połączeń i regionów, w których zanikają większe opady deszczu. I odwrotnie, wyższe częstotliwości są używane w przypadku krótszych łączy i regionów o niższym zaniku deszczu.

Zanikający deszcz na łączach mikrofalowych

Zanik deszczu w łączu mikrofalowym Zanik deszczu odnosi się przede wszystkim do pochłaniania sygnału mikrofalowego o częstotliwości radiowej (RF) przez deszcz atmosferyczny, śnieg lub lód, a także do strat, które są szczególnie powszechne przy częstotliwościach powyżej 11 GHz. Odnosi się również do degradacji sygnału spowodowanej interferencją elektromagnetyczną przedniej krawędzi frontu burzy. Zanik deszczu może być spowodowany opadami atmosferycznymi w lokalizacji łącza w górę lub w dół. Jednak nie musi padać w danym miejscu, aby miało na niego wpływ zanikanie deszczu, ponieważ sygnał może przejść przez opady w odległości wielu mil, zwłaszcza jeśli antena satelitarna ma niski kąt widzenia. Od 5 do 20 procent zaniku deszczu lub osłabienia sygnału satelitarnego może być również spowodowane przez deszcz, śnieg lub lód na reflektorze anteny łącza w górę lub w dół, kopułce lub klaksonie. Zanikanie deszczu nie ogranicza się do satelitarnych łączy w górę lub w dół, może również wpływać na połączenia mikrofalowe z punktu naziemnego (te na powierzchni ziemi).

Możliwymi sposobami przezwyciężenia skutków zanikania deszczu są zróżnicowanie terenu, sterowanie mocą łącza w górę, kodowanie ze zmienną szybkością, anteny odbiorcze większe (tj. Większy zysk) niż rozmiar wymagany dla normalnych warunków pogodowych oraz powłoki hydrofobowe.

Różnorodność połączeń mikrofalowych
 

Przykład niezabezpieczonego łącza mikrofalowego 1 + 0

W naziemnych łączach mikrofalowych schemat dywersyfikacji odnosi się do sposobu poprawy niezawodności sygnału komunikatu przez użycie dwóch lub więcej kanałów komunikacyjnych o różnych charakterystykach. Różnorodność odgrywa ważną rolę w zwalczaniu zakłóceń zanikania i zakłóceń międzykanałowych oraz unikaniu wybuchów błędów. Opiera się na fakcie, że poszczególne kanały doświadczają różnych poziomów zanikania i zakłóceń. Wiele wersji tego samego sygnału może być nadawanych i / lub odbieranych i łączonych w odbiorniku. Alternatywnie, można dodać nadmiarowy kod korekcji błędów i różne części wiadomości transmitować różnymi kanałami. Techniki różnorodności mogą wykorzystywać propagację wielościeżkową, co skutkuje przyrostem różnorodności, często mierzonym niezdecydowaniem.

Następujące klasy schematów różnorodności są typowe dla naziemnych łączy mikrofalowych:
● Niezabezpieczone: Łącza mikrofalowe, w których nie ma różnorodności lub ochrony, są klasyfikowane jako Niechronione, a także jako 1 + 0. Zainstalowano jeden zestaw sprzętu i nie ma żadnej różnorodności ani kopii zapasowych
● Hot Standby: Dwa zestawy urządzeń mikrofalowych (ODU lub aktywne radia) są zwykle podłączone do tej samej anteny, ustawionej na ten sam kanał częstotliwości. Jeden jest „wyłączony” lub w trybie czuwania, generalnie z aktywnym odbiornikiem, ale nadajnik wyciszony. Jeśli aktywna jednostka ulegnie awarii, zostanie wyłączona, a jednostka rezerwowa zostanie aktywowana. Hot Standby jest w skrócie HSB i jest często używany w konfiguracjach 1 + 1 (jeden aktywny, jeden rezerwowy).
● Zróżnicowanie częstotliwości: sygnał jest przesyłany za pomocą kilku kanałów częstotliwości lub rozłożony na szerokie spektrum, na które wpływa selektywne zanikanie częstotliwości. Mikrofalowe łącza radiowe często wykorzystują kilka aktywnych kanałów radiowych oraz jeden kanał zabezpieczający do automatycznego wykorzystania przez dowolny zanikający kanał. Jest to znane jako ochrona N + 1
● Zróżnicowanie przestrzenne: sygnał jest przesyłany kilkoma różnymi ścieżkami propagacji. W przypadku transmisji przewodowej można to osiągnąć poprzez transmisję wieloma przewodami. W przypadku transmisji bezprzewodowej, można to osiągnąć poprzez zróżnicowanie anten przy użyciu wielu anten nadawczych (dywersyfikacja transmisji) i / lub wiele anten odbiorczych (różnorodność odbioru).
● Różnorodność polaryzacji: wiele wersji sygnału jest transmitowanych i odbieranych przez anteny o różnej polaryzacji. Po stronie odbiornika stosowana jest technika łączenia różnorodności.

Odporne na różne ścieżki przełączanie awaryjne

W naziemnych systemach mikrofalowych typu punkt-punkt, pracujących w zakresie od 11 GHz do 80 GHz, równoległe łącze zapasowe można zainstalować wraz z połączeniem o większej przepustowości, które jest podatne na zanikanie deszczu. W tym układzie można obliczyć, że łącze pierwotne, takie jak pełnodupleksowy most mikrofalowy 80 GHz 1 Gbit / s, będzie miało 99.9% wskaźnik dostępności w okresie jednego roku. Obliczony wskaźnik dostępności na poziomie 99.9% oznacza, że ​​połączenie może nie działać łącznie przez dziesięć lub więcej godzin w roku, gdy szczyty burz przelatują nad tym obszarem. Drugie łącze o niższej przepustowości, takie jak most 5.8 Mbit / s na bazie 100 GHz, może być zainstalowane równolegle do łącza podstawowego, z routerami na obu końcach kontrolującymi automatyczne przełączanie awaryjne do mostu 100 Mbit / s, gdy podstawowe łącze 1 Gbit / s jest wyłączone z powodu zanikania deszczu. Korzystając z tego rozwiązania, łącza punkt-punkt o wysokiej częstotliwości (23 GHz +) mogą być instalowane w lokalizacjach usługowych o wiele kilometrów dalej niż byłoby to możliwe w przypadku pojedynczego łącza wymagającego 99.99% czasu sprawności w ciągu jednego roku.

Automatyczne kodowanie i modulacja (ACM)
 

Adaptacyjne kodowanie i modulacja mikrofalowa (ACM)

Adaptacja łącza lub adaptacyjne kodowanie i modulacja (ACM) to termin używany w komunikacji bezprzewodowej do określenia dopasowania modulacji, kodowania oraz innych parametrów sygnału i protokołu do warunków na łączu radiowym (np. Utrata ścieżki, zakłócenia spowodowane sygnały pochodzące z innych nadajników, czułość odbiornika, dostępny margines mocy nadajnika itp.). Na przykład EDGE wykorzystuje algorytm adaptacji szybkości, który dostosowuje schemat modulacji i kodowania (MCS) zgodnie z jakością kanału radiowego, a tym samym przepływnością i odpornością transmisji danych. Proces adaptacji łącza jest procesem dynamicznym, a parametry sygnału i protokołu zmieniają się wraz ze zmianami warunków łącza radiowego.

Celem modulacji adaptacyjnej jest poprawa wydajności operacyjnej łączy mikrofalowych poprzez zwiększenie przepustowości sieci w stosunku do istniejącej infrastruktury - przy jednoczesnym zmniejszeniu wrażliwości na zakłócenia środowiskowe.
Adaptacyjna modulacja oznacza dynamiczną zmianę modulacji w bezbłędny sposób w celu maksymalizacji przepustowości w chwilowych warunkach propagacji. Innymi słowy, system może działać z maksymalną przepustowością w warunkach bezchmurnego nieba i zmniejszać ją
stopniowo zanikają w deszczu. Na przykład łącze może zmienić się z 256QAM na QPSK, aby utrzymać „łącze aktywne” bez utraty połączenia. Przed opracowaniem automatycznego kodowania i modulacji projektanci mikrofal musieli projektować pod kątem warunków „najgorszego przypadku”, aby uniknąć przerw w łączu. Korzyści wynikające ze stosowania ACM obejmują:
● Dłuższe linki (odległość)
● Korzystanie z mniejszych anten (oszczędność miejsca na maszcie, często wymagana również na obszarach mieszkalnych)
● Wyższa dostępność (niezawodność łącza)

Automatyczna kontrola mocy transmisji (ATPC)

Bezprzewodowe łącza mikrofalowe wyposażone są w technologię ATPC, która automatycznie zwiększa moc nadawania w warunkach „zanikania”, takich jak ulewne deszcze. ATPC może być używany oddzielnie z ACM lub razem, aby zmaksymalizować czas pracy łącza, stabilność i dostępność. Po ustąpieniu warunków „zaniku” (opadów deszczu) system ATPC ponownie zmniejsza moc nadawania. Zmniejsza to obciążenie mikrofalowych wzmacniaczy mocy, co zmniejsza zużycie energii, wytwarzanie ciepła i zwiększa oczekiwaną żywotność (MTBF)

Zastosowania łączy mikrofalowych
Łącza szkieletowe i komunikacja „Last Mile” dla operatorów sieci komórkowych
Łącza szkieletowe dla dostawców usług internetowych (ISP) i bezprzewodowych ISP (WISP)
Sieci korporacyjne dla witryn od budynku do budynku i kampusu
Telekomunikacja, w łączeniu zdalnych i regionalnych central telefonicznych z większymi (głównymi) centralami telefonicznymi bez konieczności stosowania linii miedzianych / światłowodowych.
Telewizja nadawcza w standardach HD-SDI i SMPTE

Enterprise

Ze względu na skalowalność i elastyczność technologii mikrofalowej, produkty mikrofalowe mogą być wdrażane w wielu aplikacjach korporacyjnych, w tym łączność między budynkami, odtwarzanie po awarii, redundancja sieci i łączność tymczasowa do zastosowań takich jak dane, głos i dane, usługi wideo, obrazowanie medyczne , CAD i usługi inżynieryjne oraz obejście przewoźnika stacjonarnego.

Komórka dosyłowa do przewoźnika
 

Mikrofalowy backhaul w sieciach komórkowych

Łącza mikrofalowe są cennym narzędziem w Mobile Carrier Backhaul: Technologię mikrofal można wdrożyć, aby zapewnić tradycyjne PDH 16xE1 / T1, STM-1 i STM-4, a także nowoczesną łączność dosyłową IP Gigabit Ethernet i sieci mobilne Greenfield. Mikrofale są znacznie szybsze w instalacji i niższym całkowitym koszcie posiadania dla operatorów sieci komórkowych w porównaniu do wdrażania lub dzierżawy sieci światłowodowych

Sieci o małych opóźnieniach
Wersja CableFree o niskiej latencji łączy mikrofalowych wykorzystuje technologię łącza mikrofalowego o niskim opóźnieniu, z absolutnie minimalnym opóźnieniem między przesyłanymi i odbieranymi pakietami na drugim końcu, z wyjątkiem opóźnienia propagacji linii wzroku. Szybkość propagacji mikrofal w powietrzu jest około 40% wyższa niż w światłowodach, co daje klientom natychmiastową 40% redukcję opóźnienia w porównaniu ze światłowodami. Ponadto instalacje światłowodowe prawie nigdy nie są ułożone w linii prostej, biorąc pod uwagę realia układu budynku, kanały uliczne i wymóg wykorzystania istniejącej infrastruktury telekomunikacyjnej, światłowód może być o 100% dłuższy niż bezpośrednia ścieżka wzroku między dwoma punktami końcowymi. Stąd produkty CableFree o niskiej latencji mikrofalowe są popularne w zastosowaniach o niskim opóźnieniu, takich jak handel z wysoką częstotliwością i innych.

Więcej informacji o kuchence mikrofalowej

Aby dowiedzieć się więcej o technologii Microwave Link i o tym, jak CableFree może pomóc w Twojej sieci bezprzewodowej, proszę Skontaktuj się z nami

Zostaw wiadomość 

Lista komunikatów