Technologie mikrovlnného spojení

 

Úvod do mikrovlnné trouby

 

Příklad instalace mikrovlnného spoje CableFree

Mikrovlnná trouba je přímá bezdrátová komunikační technologie, která využívá vysokofrekvenční paprsky rádiových vln k zajištění vysokorychlostního bezdrátového připojení, které dokáže odesílat a přijímat hlasové, obrazové a datové informace.

Mikrovlnné spoje jsou široce používány pro komunikaci z bodu do bodu, protože jejich malá vlnová délka umožňuje, aby antény s pohodlnou velikostí směřovaly do úzkých paprsků, které lze namířit přímo na přijímací anténu. To umožňuje blízkému mikrovlnnému zařízení používat stejné frekvence bez vzájemného rušení, jak to dělají rádiové vlny s nízkou frekvencí. Další výhodou je, že vysoká frekvence mikrovln dává mikrovlnnému pásmu velmi velkou kapacitu pro přenos informací; mikrovlnné pásmo má šířku pásma 30krát větší než zbytek rádiového spektra pod ním.

Mikrovlnný rádiový přenos se běžně používá v komunikačních systémech point-to-point na povrchu Země, v družicové komunikaci a v hlubokém vesmíru. Ostatní části mikrovlnného rádiového pásma se používají pro radary, radionavigační systémy, senzorové systémy a radioastronomii.

Vyšší část rádiového elektromagnetického spektra s frekvencemi nad 30 GHz a pod 100 GHz se nazývá „milimetrové vlny“, protože jejich vlnové délky se pohodlně měří v milimetrech a jejich vlnové délky se pohybují od 10 mm do 3.0 mm. Rádiové vlny v tomto pásmu jsou obvykle silně utlumeny pozemskou atmosférou a částicemi v ní obsaženými, zejména za vlhkého počasí. Také v širokém pásmu frekvencí kolem 60 GHz jsou rádiové vlny silně oslabeny molekulárním kyslíkem v atmosféře. Elektronické technologie potřebné v pásmu milimetrových vln jsou také mnohem složitější a těžší na výrobu než v mikrovlnném pásmu, a proto jsou náklady na milimetrová rádia obecně vyšší.

Historie mikrovlnné komunikace
James Clerk Maxwell pomocí svých slavných „Maxwellových rovnic“ předpověděl existenci neviditelných elektromagnetických vln, jejichž součástí jsou mikrovlny, v roce 1865. V roce 1888 Heinrich Hertz jako první demonstroval existenci těchto vln tím, že postavil přístroj, který produkoval a detekoval mikrovlny v oblasti ultra vysoké frekvence. Hertz uznal, že výsledky jeho experimentu potvrdily Maxwellovu předpověď, ale neviděl žádné praktické aplikace pro tyto neviditelné vlny. Pozdější práce ostatních vedla k vynálezu bezdrátové komunikace založené na mikrovlnách. Přispěvateli této práce byli Nikola Tesla, Guglielmo Marconi, Samuel Morse, Sir William Thomson (později lord Kelvin), Oliver Heaviside, lord Rayleigh a Oliver Lodge.

Mikrovlnný spoj přes kanál La Manche, 1931

V roce 1931 americko-francouzské konsorcium demonstrovalo experimentální mikrovlnné reléové spojení přes kanál La Manche s použitím mísy 10 stop (3 m), jednoho z prvních mikrovlnných komunikačních systémů. Telefonní, telegrafní a faksimilní data byla přenášena paprsky 1.7 GHz 40 mil mezi Doverem ve Velké Británii a Calais ve Francii. Nemohlo však konkurovat levným podmořským kabelovým sazbám a plánovaný komerční systém nebyl nikdy vybudován.

V padesátých letech minulého století se systém mikrovlnných přenosových spojů AT&T Long Lines rozrostl tak, aby přenášel většinu amerického dálkového telefonního provozu, stejně jako mezikontinentální televizní síťové signály. Prototyp se jmenoval TDX a byl testován na spojení mezi New Yorkem a Murray Hill, sídlem Bell Laboratories v roce 1950. Systém TDX byl zřízen mezi New Yorkem a Bostonem v roce 1946.

Moderní komerční mikrovlnné odkazy
CableFree mikrovlnná komunikační věž

Mikrovlnná komunikační věž

Mikrovlnný spoj je komunikační systém, který používá paprsek rádiových vln v mikrovlnném frekvenčním rozsahu k přenosu videa, zvuku nebo dat mezi dvěma místy, která mohou být od několika stop nebo metrů do několika mil nebo kilometrů od sebe. Příklady komerčních mikrovlnných spojů od CableFree naleznete zde. Moderní mikrovlnné odkazy mohou přenášet až 400 Mb / s na 56MHz kanálu pomocí technik modulace 256QAM a kompresí IP hlaviček. Provozní vzdálenosti pro mikrovlnné spoje jsou určeny velikostí (ziskem) antény, frekvenčním pásmem a kapacitou linky. Dostupnost jasné linie pohledu je zásadní pro mikrovlnné spoje, pro které musí být povoleno zakřivení Země

CableFree FOR2 mikrovlnný spoj 400 Mbps

Mikrovlnné spoje jsou běžně používány televizními vysílači k přenosu programů napříč zemí nebo z vnějšího vysílání zpět do studia. Mobilní jednotky lze namontovat na kameru, což umožňuje kamerám volnost pohybu bez vlečných kabelů. Ty jsou často vidět na dotykových linkách sportovních hřišť v systémech Steadicam.

Plánování mikrovlnných spojů
● Mikrovlnné spoje CableFree je třeba plánovat s ohledem na následující parametry:
● Požadovaná vzdálenost (km / míle) a kapacita (Mb / s)
● Požadovaný cíl dostupnosti (%) pro odkaz
● Dostupnost jasné linie pohledu (LOS) mezi koncovými uzly
● Věže nebo stožáry, pokud je to nutné k dosažení jasného LOS
● Povolená frekvenční pásma specifická pro region / zemi
● Omezení prostředí, včetně úniku deště
● Náklady na licence pro požadovaná frekvenční pásma
 
 

Mikrovlnná frekvenční pásma

Mikrovlnné signály jsou často rozděleny do tří kategorií:

ultravysoká frekvence (UHF) (0.3–3 GHz);
super vysoká frekvence (SHF) (3–30 GHz); a
extrémně vysoká frekvence (EHF) (30-300 GHz).
Kromě toho jsou mikrovlnná frekvenční pásma označena konkrétními písmeny. Níže jsou uvedena označení Radio Society of Great Britain.
Mikrovlnná frekvenční pásma
Označení Frekvenční rozsah
● L pásmo 1 až 2 GHz
● S pásmo 2 až 4 GHz
● C pásmo 4 až 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 pásmo 50 až 75 GHz
● E pásmo 60 až 90 GHz
● W pásmo 75 až 110 GHz
● Pásmo F 90 až 140 GHz
● D pásmo 110 až 170 GHz

Termín „P pásmo“ se někdy používá pro ultra vysoké frekvence pod pásmem L. Další definice viz Písmenová označení mikrovlnných pásem

Nižší mikrovlnné frekvence se používají pro delší spojení a oblasti s vyšším únikem deště. Naopak vyšší frekvence se používají pro kratší spojení a oblasti s nižším únikem deště.

Rain Fade na mikrovlnných spojích

Stmívání deštěm v mikrovlnné troubě Dešťové stmívání se týká především absorpce signálu mikrovlnné vysokofrekvenční (RF) atmosférickým deštěm, sněhem nebo ledem a ztrát, které převládají zejména při frekvencích nad 11 GHz. Rovněž se týká degradace signálu způsobené elektromagnetickým rušením náběžné hrany fronty bouří. Slabý déšť může být způsoben srážkami v místě odchozího nebo sestupného připojení. Není však nutné, aby na místě pršelo, aby bylo ovlivněno dešťovým únikem, protože signál může projít srážkami o mnoho kilometrů dál, zejména pokud má satelitní anténa malý úhel pohledu. Od 5 do 20 procent úniku deště nebo útlumu satelitního signálu může být také způsobeno deštěm, sněhem nebo ledem na uplinkovém nebo downlinkovém anténním reflektoru, radomu nebo napájecím houkačce. Slabý déšť se neomezuje pouze na satelitní uplinky nebo downlinky, může také ovlivnit pozemské mikrovlnné spoje point-to-point (ty na zemském povrchu).

Možné způsoby, jak překonat účinky úniku deště, jsou rozmanitost stránek, řízení výkonu uplinku, kódování s proměnnou rychlostí, příjem antén větší (tj. Vyšší zisk), než je požadovaná velikost pro normální povětrnostní podmínky, a hydrofobní nátěry.

Rozmanitost v mikrovlnných spojích
 

Příklad nechráněného mikrovlnného spojení 1 + 0

V pozemských mikrovlnných spojích se schéma diverzity týká metody pro zlepšení spolehlivosti signálu zprávy pomocí dvou nebo více komunikačních kanálů s různými vlastnostmi. Rozmanitost hraje důležitou roli v boji proti blednutí a interferenci mezi kanály a předcházení chybovým výbuchům. Je založen na skutečnosti, že jednotlivé kanály zažívají různé úrovně blednutí a rušení. V přijímači lze vysílat a / nebo přijímat a kombinovat více verzí stejného signálu. Alternativně může být přidán redundantní dopředný chybový korekční kód a různé části zprávy přeneseny přes různé kanály. Techniky diverzity mohou využívat šíření více cest, což má za následek zisk diverzity, často měřený v ncibelech.

V pozemských mikrovlnných spojích jsou typické následující třídy schémat rozmanitosti:
● Nechráněné: Mikrovlné spoje, kde není rozmanitost nebo ochrana, jsou klasifikovány jako nechráněné a také jako 1 + 0. Je nainstalována jedna sada zařízení a žádná rozmanitost ani záloha
● Hot Standby: Jsou nainstalovány dvě sady mikrovlnných zařízení (ODU nebo aktivní rádia), které jsou obecně připojeny ke stejné anténě naladěné na stejný frekvenční kanál. Jeden je „vypnutý“ nebo v pohotovostním režimu, obvykle s aktivním přijímačem, ale s vypnutým vysílačem. Pokud aktivní jednotka selže, vypne se a aktivuje se pohotovostní jednotka. Hot Standby je zkratkou HSB a často se používá v konfiguracích 1 + 1 (jedna aktivní, jedna pohotovostní).
● Frekvenční rozmanitost: Signál se přenáší pomocí několika frekvenčních kanálů nebo se šíří v širokém spektru, které je ovlivněno frekvenčně selektivním únikem. Mikrovlnné rádiové spoje často používají několik aktivních rádiových kanálů plus jeden ochranný kanál pro automatické použití jakýmkoli vybledlým kanálem. Toto se nazývá ochrana N + 1
● Prostorová rozmanitost: Signál je přenášen několika různými cestami šíření. V případě kabelového přenosu toho lze dosáhnout přenosem prostřednictvím více vodičů. V případě bezdrátového přenosu toho lze dosáhnout diverzitou antén pomocí více antén vysílače (vysílací diverzita) a / nebo více přijímacích antén (diverzita příjmu).
● Polarizační rozmanitost: Více verzí signálu se vysílá a přijímá přes antény s různou polarizací. Na straně přijímače je použita technika kombinování rozmanitosti.

Odolný failover na různorodou cestu

V pozemských mikrovlnných systémech od bodu k bodu v rozmezí od 11 GHz do 80 GHz lze instalovat paralelní záložní spojení vedle připojení s vyšší šířkou pásma, které je náchylné k dešti. V tomto uspořádání lze vypočítat primární spojení, jako je 80GHz 1 Gbit / s plně duplexní mikrovlnný můstek, s mírou dostupnosti 99.9% po dobu jednoho roku. Vypočítaná míra dostupnosti 99.9% znamená, že spojení může být nefunkční kumulativně celkem deset nebo více hodin ročně, když vrcholy dešťových bouří procházejí oblastí. Sekundární spoj s nižší šířkou pásma, jako je most o rychlosti 5.8 GHz na bázi 100 Mbit / s, může být instalován paralelně s primárním spojem, přičemž směrovače na obou koncích řídí automatické převzetí služeb při selhání na můstek 100 Mbit / s, když je primární spoj 1 Gbit / s nefunkční kvůli dešti. Při použití tohoto uspořádání mohou být instalovány vysokofrekvenční odkazy bod-bod (23 GHz +) do servisních míst o mnoho kilometrů dále, než by bylo možné obsluhovat pomocí jediného odkazu vyžadujícího 99.99% dobu provozu v průběhu jednoho roku.

Automatické kódování a modulace (ACM)
 

Mikrovlnné adaptivní kódování a modulace (ACM)

Linková adaptace neboli Adaptive Coding and Modulation (ACM) je termín používaný v bezdrátové komunikaci k označení přizpůsobení modulace, kódování a dalších parametrů signálu a protokolu podmínkám na rádiovém spojení (např. Ztráta cesty, interference způsobená signály přicházející z jiných vysílačů, citlivost přijímače, dostupná výkonová rezerva vysílače atd.). Například EDGE používá algoritmus přizpůsobení rychlosti, který přizpůsobuje modulační a kódovací schéma (MCS) podle kvality rádiového kanálu, a tím i bitové rychlosti a robustnosti datového přenosu. Proces adaptace spoje je dynamický a parametry signálu a protokolu se mění v závislosti na změně podmínek rádiového spojení.

Cílem Adaptivní modulace je zlepšit provozní efektivitu mikrovlnných spojů zvýšením kapacity sítě ve stávající infrastruktuře - při současném snížení citlivosti na interference prostředí.
Adaptivní modulace znamená dynamickou změnu modulace bezchybným způsobem, aby se maximalizovala propustnost za podmínek okamžitého šíření. Jinými slovy, systém může pracovat na maximální propustnost za podmínek jasné oblohy a snížit ji
postupně za deště. Například odkaz se může změnit z 256QAM dolů na QPSK, aby udržel „odkaz naživu“ bez ztráty spojení. Před vývojem automatického kódování a modulace museli návrháři mikrovlnných zařízení navrhnout podmínky v „nejhorším případě“, aby se zabránilo výpadku spojení. Mezi výhody používání ACM patří:
● Delší délky článků (vzdálenost)
● Používání menších antén (šetří místo na stožáru, často se také vyžaduje v obytných oblastech)
● Vyšší dostupnost (spolehlivost odkazu)

Automatické řízení vysílacího výkonu (ATPC)

Mikrovlnná spojení CableFree jsou vybavena ATPC, která automaticky zvyšuje vysílací výkon během „Fade“ podmínek, jako jsou silné deště. ATPC lze použít samostatně pro ACM nebo společně pro maximalizaci doby provozu, stability a dostupnosti spojení. Když podmínky „slábnutí“ (deště) skončí, systém ATPC opět sníží vysílací výkon. To snižuje zátěž na mikrovlnné výkonové zesilovače, což snižuje spotřebu energie, generování tepla a zvyšuje očekávanou životnost (MTBF)

Použití mikrovlnných spojů
Páteřní odkazy a komunikace „Last Mile“ pro mobilní operátory
Páteřní odkazy pro poskytovatele internetových služeb (ISP) a bezdrátové ISP (WISP)
Corporate Networks for Building to Building a campus sites
Telekomunikace, při propojování vzdálených a regionálních telefonních ústředen s většími (hlavními) ústřednami bez nutnosti vedení měděnými / optickými vlákny.
Vysílací televize se standardy HD-SDI a SMPTE

Enterprise

Vzhledem k škálovatelnosti a flexibilitě mikrovlnné technologie lze mikrovlnné produkty nasadit v mnoha podnikových aplikacích, včetně připojení mezi budovami, zotavení po katastrofě, redundance sítě a dočasného připojení pro aplikace, jako jsou data, hlas a data, video služby, lékařské zobrazování , CAD a inženýrské služby a obchvat dopravců pevných linek.

Backhaul mobilního operátora
 

Mikrovlnný backhaul v celulárních sítích

Mikrovlnné odkazy jsou cenným nástrojem v mobilním operátoru Backhaul: Mikrovlnnou technologii lze nasadit k poskytování tradičních připojení backhaul PDH 16xE1 / T1, STM-1 a STM-4 a Modern IP Gigabit Ethernet a mobilních sítí Greenfield. Mikrovlnná trouba se instaluje mnohem rychleji a snižuje celkové náklady na vlastnictví operátorů mobilních sítí ve srovnání s nasazováním nebo pronajímáním optických sítí

Sítě s nízkou latencí
Verze CableFree s nízkou latencí mikrovlnných spojů používají technologii mikrovlnné linky s nízkou latencí, s absolutně minimálním zpožděním mezi pakety přenášenými a přijímanými na druhém konci, s výjimkou zpoždění šíření Line of Sight. Rychlost šíření mikrovlnami vzduchem je přibližně o 40% vyšší než prostřednictvím vláknové optiky, což zákazníkům poskytuje okamžité 40% snížení latence ve srovnání s optickými vlákny. Kromě toho instalace z optických vláken nejsou téměř nikdy v jedné přímce, s realitou uspořádání budovy, pouličních kanálů a požadavkem na použití stávající telekomunikační infrastruktury může být provoz optických vláken o 100% delší než přímá cesta Line of Sight mezi dvěma koncovými body. Mikrovlnné výrobky s nízkou latencí CableFree jsou proto oblíbené v aplikacích s nízkou latencí, jako je vysokofrekvenční obchodování a další použití.

Další informace o mikrovlnné troubě

Chcete-li se dozvědět více o technologii Microwave Link Technology a o tom, jak může CableFree pomoci s vaší bezdrátovou sítí, prosím Kontaktujte nás

Zanechat vzkaz 

Seznam zpráv