Technológia mikrovlnného spojenia

 

Úvod do mikrovlnnej rúry

 

Príklad inštalácie mikrovlnného spojenia CableFree

Mikrovlnná rúra je priama bezdrôtová komunikačná technológia, ktorá využíva vysokofrekvenčné lúče rádiových vĺn na zabezpečenie vysokorýchlostného bezdrôtového pripojenia, ktoré dokáže odosielať a prijímať hlasové, obrazové a dátové informácie.

Mikrovlnné spojenia sa často používajú na komunikáciu bod-bod, pretože ich malá vlnová dĺžka umožňuje anténam vhodnej veľkosti nasmerovať ich do úzkych lúčov, ktoré je možné nasmerovať priamo na prijímaciu anténu. To umožňuje blízkemu mikrovlnnému zariadeniu používať rovnaké frekvencie bez toho, aby sa navzájom rušili, ako to robia nízkofrekvenčné rádiové vlny. Ďalšou výhodou je, že vysoká frekvencia mikrovĺn dáva mikrovlnnému pásmu veľmi veľkú kapacitu na prenášanie informácií; mikrovlnné pásmo má šírku pásma 30-krát väčšiu ako v prípade celého zvyšku rádiového spektra pod ním.

Mikrovlnný rádiový prenos sa bežne používa v komunikačných systémoch bod-bod na povrchu Zeme, v satelitnej komunikácii a v hlbokomorských rádiových komunikáciách. Ostatné časti mikrovlnného rádiového pásma sa používajú pre radary, rádionavigačné systémy, senzorické systémy a rádioastronómiu.

Vyššia časť rádiového elektromagnetického spektra s frekvenciami je nad 30 GHz a pod 100 GHz a nazýva sa „milimetrové vlny“, pretože ich vlnové dĺžky sa bežne merajú v milimetroch a ich vlnové dĺžky sa pohybujú od 10 mm do 3.0 mm. Rádiové vlny v tomto pásme sú zvyčajne silne oslabené zemskou atmosférou a časticami v nej obsiahnutými, najmä počas vlhkého počasia. Taktiež v širokom pásme frekvencií okolo 60 GHz sú rádiové vlny silne oslabené molekulárnym kyslíkom v atmosfére. Elektronické technológie potrebné v pásme milimetrových vĺn sú tiež oveľa zložitejšie a ťažšie sa vyrábajú ako v mikrovlnných pásmach, a preto sú náklady na milimetrové rádiá všeobecne vyššie.

História mikrovlnnej komunikácie
James Clerk Maxwell pomocou svojich slávnych „Maxwellových rovníc“ predpovedal existenciu neviditeľných elektromagnetických vĺn, ktorých súčasťou sú aj mikrovlnné rúry, v roku 1865. V roku 1888 Heinrich Hertz ako prvý demonštroval existenciu týchto vĺn zostrojením prístroja, ktorý produkovala a detegovala mikrovlny v oblasti ultravysokej frekvencie. Hertz uznal, že výsledky jeho experimentu potvrdzujú Maxwellovu predpoveď, ale pre tieto neviditeľné vlny nevidí žiadne praktické aplikácie. Neskôr ďalšie práce viedli k vynálezu bezdrôtovej komunikácie založenej na mikrovlnách. Medzi prispievateľov tejto práce patrili Nikola Tesla, Guglielmo Marconi, Samuel Morse, Sir William Thomson (neskôr lord Kelvin), Oliver Heaviside, lord Rayleigh a Oliver Lodge.

Mikrovlnné spojenie cez kanál La Manche, 1931

V roku 1931 americko-francúzske konzorcium demonštrovalo experimentálne mikrovlnné reléové spojenie cez kanál La Manche s použitím anténnych stôp dlhých 10 stôp, čo je jeden z prvých mikrovlnných komunikačných systémov. Telefonické, telegrafické a faksimilné údaje sa prenášali lúčmi 3 GHz, ktoré sa nachádzali vo vzdialenosti 1.7 míľ medzi Doverom vo Veľkej Británii a francúzskym Calais. Nemohlo však konkurovať lacným podmorským káblovým sieťam a plánovaný komerčný systém sa nikdy nevybudoval.

V päťdesiatych rokoch minulého storočia sa systém mikrovlnných reléových spojení AT&T Long Lines rozrástol tak, aby uniesol väčšinu amerického diaľkového telefónneho prenosu, ako aj medzikontinentálne televízne sieťové signály. Prototyp sa nazýval TDX a bol testovaný na spojení medzi mestami New York a Murray Hill, ktoré bolo sídlom spoločnosti Bell Laboratories v roku 1950. Systém TDX bol zriadený medzi New Yorkom a Bostonom v roku 1946.

Moderné komerčné mikrovlnné odkazy
Mikrovlnná komunikačná veža bez káblov

Mikrovlnná komunikačná veža

Mikrovlnné spojenie je komunikačný systém, ktorý využíva lúč rádiových vĺn v mikrovlnnom frekvenčnom rozsahu na prenos videa, zvuku alebo údajov medzi dvoma miestami, ktoré môžu byť od seba vzdialené niekoľko stôp alebo metrov až niekoľko míľ alebo kilometrov. Príklady komerčných mikrovlnných odkazov od spoločnosti CableFree nájdete tu. Moderné mikrovlnné spojenia môžu prenášať až 400 Mb / s na kanáli 56 MHz pomocou techník modulácie 256QAM a kompresie IP hlavičiek. Prevádzkové vzdialenosti pre mikrovlnné spojenia sú určené veľkosťou (ziskom) antény, frekvenčným pásmom a kapacitou spojenia. Dostupnosť jasnej čiary pohľadu je rozhodujúca pre mikrovlnné spojenia, pre ktoré musí byť povolené zakrivenie Zeme

Mikrovlnný spoj CableFree FOR2 400 Mb / s

Televízni vysielatelia bežne používajú mikrovlnné spojenia na prenos programov napríklad po celej krajine alebo z vonkajšieho vysielania späť do štúdia. Mobilné jednotky je možné namontovať na kameru, čo umožňuje kamerám slobodu pohybu bez vlečných káblov. Často ich vidno na dotykových čiarach športových ihrísk v systémoch Steadicam.

Plánovanie mikrovlnných spojov
● Mikrovlnné spojenia CableFree je potrebné naplánovať s ohľadom na nasledujúce parametre:
● Požadovaná vzdialenosť (km / míle) a kapacita (Mb / s)
● Cieľ požadovanej dostupnosti (%) odkazu
● Dostupnosť jasnej čiary pohľadu (LOS) medzi koncovými uzlami
● Veže alebo stožiare, ak sú potrebné na dosiahnutie čistej LOS
● Povolené frekvenčné pásma špecifické pre región / krajinu
● Environmentálne obmedzenia vrátane dažďa
● Náklady na licencie pre požadované frekvenčné pásma
 
 

Mikrovlnné frekvenčné pásma

Mikrovlnné signály sú často rozdelené do troch kategórií:

ultravysoká frekvencia (UHF) (0.3 - 3 GHz);
super vysoká frekvencia (SHF) (3 - 30 GHz); a
extrémne vysoká frekvencia (EHF) (30 - 300 GHz).
Okrem toho sú mikrovlnné frekvenčné pásma označené konkrétnymi písmenami. Označenia Radio Society of Great Britain sú uvedené nižšie.
Mikrovlnné frekvenčné pásma
Označenie Frekvenčný rozsah
● L pásmo 1 až 2 GHz
● S pásmo 2 až 4 GHz
● Pásmo C od 4 do 8 GHz
● X pásmo 8 až 12 GHz
● Ku pásmo 12 až 18 GHz
● K pásmo 18 až 26.5 GHz
Pásmo Ka 26.5 až 40 GHz
● Pásmo Q 30 až 50 GHz
● U pásmo 40 až 60 GHz
● V pásme 50 až 75 GHz
● E pásmo 60 až 90 GHz
● W pásmo 75 až 110 GHz
● Pásmo F 90 až 140 GHz
● Pásmo D 110 až 170 GHz

Pojem „pásmo P“ sa niekedy používa pre ultravysoké frekvencie pod pásmom L. Ďalšie definície nájdete v časti Písmenové označenia mikrovlnných pásiem

Nižšie frekvencie mikrovlnnej rúry sa používajú pre dlhšie spojenia a oblasti s vyšším dažďom. Naopak, vyššie frekvencie sa používajú pre kratšie spojenia a oblasti s nižším dažďom.

Dážď na mikrovlnných spojoch

Zosvetlenie dažďa v spojení s mikrovlnami Linkové zoslabovanie sa týka predovšetkým absorpcie mikrovlnného vysokofrekvenčného signálu (RF) atmosférickým dažďom, snehom alebo ľadom a strát, ktoré prevládajú najmä pri frekvenciách nad 11 GHz. Týka sa to aj degradácie signálu spôsobenej elektromagnetickým rušením prednej hrany búrkového frontu. Dážď môže byť spôsobený zrážkami v mieste odchodu alebo zostupu. Na to, aby mohol byť ovplyvnený blednutím dažďa, však nemusí pršať, pretože signál môže prechádzať zrážkami o mnoho kilometrov ďalej, najmä ak má satelitná anténa malý zorný uhol. Od 5 do 20 percent blednutia dažďa alebo útlmu satelitného signálu môže byť tiež spôsobené dažďom, snehom alebo ľadom na vzostupnom alebo zostupnom anténnom reflektore, radome alebo napájacom klaksóne. Dážď sa neobmedzuje iba na satelitné uplinky alebo downlinky, môže tiež ovplyvniť pozemské mikrovlnné spojenia bod-bod (tie na zemskom povrchu).

Možnými spôsobmi, ako prekonať účinky blednutia dažďom, sú rozmanitosť miest, riadenie výkonu uplinku, kódovanie s premenlivou rýchlosťou, prijímanie antén väčších (tj. Väčší zisk), ako je požadovaná veľkosť pre bežné poveternostné podmienky, a hydrofóbne povlaky.

Rozmanitosť v mikrovlnných spojoch
 

Príklad nechráneného mikrovlnného spojenia 1 + 0

V pozemských mikrovlnných spojeniach sa schéma rozmanitosti týka spôsobu zlepšenia spoľahlivosti signálu správy pomocou dvoch alebo viacerých komunikačných kanálov s rôznymi vlastnosťami. Rozmanitosť hrá dôležitú úlohu v boji proti slabnutiu a interferencii medzi kanálmi a pri predchádzaní chybovým výbuchom. Je založený na skutočnosti, že jednotlivé kanály prežívajú rôzne úrovne vyblednutia a rušenia. V prijímači sa môže vysielať a / alebo prijímať a kombinovať viac verzií toho istého signálu. Alternatívne je možné pridať redundantný kód korekcie chyby dopredu a rôzne časti správy prenášať cez rôzne kanály. Techniky diverzity môžu využívať šírenie viacerých ciest, čo vedie k zvýšeniu diverzity, často meranému indecibelom.

Pre pozemné mikrovlnné spojenia sú typické nasledujúce triedy schém rozmanitosti:
● Nechránené: Mikrovlnné spojenia, kde nie je diverzita alebo ochrana, sú klasifikované ako nechránené a tiež ako 1 + 0. Je nainštalovaná jedna sada zariadení a žiadna rozmanitosť ani zálohovanie
● Horúci pohotovostný režim: Dve sady mikrovlnných zariadení (ODU alebo aktívne rádiá) sú nainštalované všeobecne pripojené k rovnakej anténe naladenej na rovnaký frekvenčný kanál. Jeden je „vypnutý“ alebo v pohotovostnom režime, zvyčajne je aktívny prijímač, ale vysielač je stlmený. Ak aktívna jednotka zlyhá, vypne sa a aktivuje sa pohotovostná jednotka. Hot Standby je skratkou HSB a často sa používa v konfiguráciách 1 + 1 (jedna aktívna, jedna pohotovostná).
● Frekvenčná rozmanitosť: Signál sa prenáša pomocou niekoľkých frekvenčných kanálov alebo sa šíri v širokom spektre, ktoré je ovplyvnené frekvenčne selektívnym únikom. Mikrovlnné rádiové spojenia často používajú niekoľko aktívnych rádiových kanálov plus jeden ochranný kanál na automatické použitie ľubovoľným vyblednutým kanálom. Toto sa nazýva ochrana N + 1
● Vesmírna diverzita: Signál sa prenáša niekoľkými rôznymi cestami šírenia. V prípade drôtového prenosu sa to dá dosiahnuť prenosom cez viac drôtov. V prípade bezdrôtového prenosu sa to dá dosiahnuť diverzitou antén pomocou viacerých vysielacích antén (vysielacia diverzita) a / alebo viacerých prijímacích antén (diverzita príjmu).
● Polarizačná rozmanitosť: Viaceré verzie signálu sa vysielajú a prijímajú cez antény s rôznou polarizáciou. Na strane prijímača sa uplatňuje technika kombinácie rozmanitosti.

Odolné zlyhanie pri rôznych cestách

V pozemských mikrovlnných systémoch bod od bodu v rozmedzí od 11 GHz do 80 GHz je možné nainštalovať paralelné záložné prepojenie spolu s vyššou šírkou pásma, ktorá je náchylná na dážď. V tomto usporiadaní možno vypočítať, že primárne spojenie, ako napríklad 80 GHz 1 Gbit / s plne duplexný mikrovlnný mostík, bude mať mieru dostupnosti 99.9% počas obdobia jedného roka. Vypočítaná miera dostupnosti 99.9% znamená, že spojenie môže byť nefunkčné kumulatívne spolu desať alebo viac hodín ročne, keď vrcholy dažďových búrok prechádzajú cez oblasť. Sekundárne prepojenie s nižšou šírkou pásma, ako napríklad most s rýchlosťou 5.8 GHz na báze 100 Mbit / s, môže byť inštalovaný paralelne s primárnym prepojením, pričom smerovače na oboch koncoch riadia automatické zlyhanie pri premostení na rýchlosť 100 Mbit / s, keď je primárny spoj s rýchlosťou 1 Gbit / s nefunkčný. kvôli vyblednutiu dažďom. Pomocou tohto usporiadania je možné inštalovať vysokofrekvenčné spojenia bod-bod (23 GHz +) do servisných miest o mnoho kilometrov ďalej, ako by bolo možné obsluhovať pomocou jediného spoja, ktorý vyžaduje 99.99% dobu prevádzky v priebehu jedného roka.

Automatické kódovanie a modulácia (ACM)
 

Mikrovlnné adaptívne kódovanie a modulácia (ACM)

Adaptácia spojenia alebo Adaptive Coding and Modulation (ACM) je pojem používaný v bezdrôtovej komunikácii na označenie zhody modulácie, kódovania a ďalších parametrov signálu a protokolu s podmienkami na rádiovom spoji (napr. Strata dráhy, rušenie spôsobené signály prichádzajúce z iných vysielačov, citlivosť prijímača, dostupná výkonová rezerva vysielača atď.). Napríklad EDGE používa algoritmus adaptácie rýchlosti, ktorý prispôsobuje schému modulácie a kódovania (MCS) podľa kvality rádiového kanálu, a teda bitovej rýchlosti a robustnosti dátového prenosu. Proces adaptácie linky je dynamický a parametre signálu a protokolu sa menia so zmenou podmienok rádiového spojenia.

Cieľom adaptívnej modulácie je zlepšiť prevádzkovú efektívnosť mikrovlnných spojov zvýšením kapacity siete nad existujúcou infraštruktúrou - pri súčasnom znížení citlivosti na interferencie s prostredím.
Adaptívna modulácia znamená dynamické zmeny modulácie bezchybným spôsobom s cieľom maximalizovať priepustnosť za podmienok okamžitého šírenia. Inými slovami, systém môže pracovať na maximálnej priepustnosti za podmienok jasnej oblohy a znižovať ju
postupne za dažďa slabnúť. Napríklad odkaz sa môže zmeniť z 256QAM na QPSK, aby udržal „odkaz nažive“ bez straty spojenia. Pred vývojom automatického kódovania a modulácie museli návrhári mikrovlniek navrhnúť podmienky pre „najhorší prípad“, aby sa zabránilo výpadku spojenia. Medzi výhody používania ACM patria:
● Dlhšie dĺžky spojenia (vzdialenosť)
● Používanie menších antén (šetrí miesto na stožiari, čo sa často vyžaduje aj v obytných štvrtiach)
● vyššia dostupnosť (spoľahlivosť odkazu)

Automatické riadenie prenosového výkonu (ATPC)

Mikrovlnné spojenia CableFree sú vybavené technológiou ATPC, ktorá automaticky zvyšuje vysielací výkon počas „slabnúcich“ podmienok, ako sú silné dažde. ATPC možno použiť osobitne na ACM alebo spoločne, aby sa maximalizovala doba prevádzky, stabilita a dostupnosť spojenia. Keď pominú „fade“ (dažde), systém ATPC opäť zníži vysielací výkon. To znižuje tlak na mikrovlnné výkonové zosilňovače, čo znižuje spotrebu energie, generovanie tepla a zvyšuje očakávanú životnosť (MTBF).

Použitie mikrovlnných spojov
Chrbtové odkazy a komunikácia „Last Mile“ pre operátorov mobilných sietí
Chrbtové odkazy pre poskytovateľov internetových služieb (ISP) a bezdrôtových ISP (WISP)
Firemné siete pre budovy od budov po budovy a kampusové weby
Telekomunikácie, pri prepájaní vzdialených a regionálnych telefónnych ústrední s väčšími (hlavnými) ústredňami bez potreby liniek medených / optických vlákien.
Vysielacia televízia so štandardmi HD-SDI a SMPTE

podnik

Kvôli škálovateľnosti a flexibilite mikrovlnnej technológie môžu byť mikrovlnné výrobky nasadené v mnohých podnikových aplikáciách vrátane pripojenia medzi budovami, zotavenia po katastrofe, redundancie siete a dočasného pripojenia pre aplikácie, ako sú dáta, hlas a dáta, video služby, lekárske zobrazovanie , CAD a inžinierske služby a obchvat dopravcov pevných liniek.

Backhaul mobilného operátora
 

Mikrovlnný backhaul v celulárnych sieťach

Mikrovlnné spojenia sú cenným nástrojom v backhaul mobilného operátora: Mikrovlnnú technológiu je možné nasadiť tak, aby poskytovala tradičné pripojenie backhaul PDH 16xE1 / T1, STM-1 a STM-4 a moderné IP gigabitové ethernetové ethernetové pripojenie a mobilné siete Greenfield. Inštalácia mikrovlnnej rúry je oveľa rýchlejšia a nižšie celkové náklady na vlastníctvo pre operátorov mobilných sietí v porovnaní s nasadením alebo prenájmom sietí s optickými vláknami.

Siete s nízkou latenciou
Verzie mikrovlnných spojov s nízkou latenciou CableFree používajú technológiu mikrovlnných spojov s nízkou latenciou, s absolútne minimálnym oneskorením medzi paketmi prenášanými a prijímanými na druhom konci, s výnimkou oneskorenia šírenia Line of Sight. Rýchlosť šírenia mikrovlnnej rúry vzduchom je približne o 40% vyššia ako pri vláknovej optike, čo zákazníkom umožňuje v porovnaní s vláknovou optikou okamžité zníženie latencie o 40%. Inštalácie optických vlákien navyše takmer nikdy nie sú v jednej priamke, s realitou usporiadania budovy, pouličnými kanálmi a požiadavkami na použitie existujúcej telekomunikačnej infraštruktúry môže byť prevádzka optických vlákien o 100% dlhšia ako priama trasa priamej viditeľnosti medzi dvoma koncovými bodmi. Preto sú produkty mikrovlnnej rúry s nízkou latenciou CableFree populárne v aplikáciách s nízkou latenciou, ako je vysokofrekvenčné obchodovanie a ďalšie použitie.

Ďalšie informácie o mikrovlnnej rúre

Ak sa chcete dozvedieť viac informácií o technológii Microwave Link Technology a o tom, ako môže program CableFree pomôcť pri bezdrôtovej sieti, prosím Kontaktujte nás

Zanechajte správu 

zoznam správ