Mikroaaltolinkkitekniikka

 

Johdatus mikroaaltouuniin

 

Esimerkki CableFree-mikroaaltolinkin asennuksesta

Mikroaaltouuni on näköyhteyden langaton viestintätekniikka, joka käyttää radiotaajuuksien suurtaajuisia säteitä tuottamaan nopeita langattomia yhteyksiä, jotka voivat lähettää ja vastaanottaa ääni-, video- ja datatietoja.

Mikroaaltolinkkejä käytetään laajalti pisteestä pisteeseen -viestinnässä, koska niiden pieni aallonpituus sallii kätevän kokoiset antennit ohjata niitä kapeisiin säteisiin, jotka voidaan osoittaa suoraan vastaanottoantenniin. Tämä antaa lähellä oleville mikroaaltolaitteille mahdollisuuden käyttää samoja taajuuksia häiritsemättä toisiaan, kuten matalataajuiset radioaallot. Toinen etu on, että mikroaaltojen korkea taajuus antaa mikroaaltokaistalle erittäin suuren tiedonsiirtokapasiteetin; mikroaaltokaistan kaistanleveys on 30 kertaa sen alapuolella olevan muun radiospektrin kaistanleveys.

Mikroaaltoradiolähetystä käytetään yleisesti maapallon pisteestä pisteeseen -viestintäjärjestelmissä, satelliittiviestinnässä ja syvän avaruuden radioviestinnässä. Muita mikroaaltoradioradan osia käytetään tutkoihin, radionavigointijärjestelmiin, anturijärjestelmiin ja radioastronomiaan.

Suurinta osaa radiosähkömagneettisesta spektristä, jonka taajuudet ovat yli 30 GHz ja alle 100 GHz, kutsutaan "millimetreiksi", koska niiden aallonpituudet mitataan kätevästi millimetreinä ja niiden aallonpituudet vaihtelevat 10 mm: stä 3.0 mm: iin. Maan ilmakehä ja sen sisältämät hiukkaset heikentävät tämän kaistan radioaaltoja voimakkaasti, varsinkin märällä säällä. Lisäksi laajalla taajuusalueella, joka on noin 60 GHz, ilmakehän molekyylihappi vaimentaa voimakkaasti radioaaltoja. Millimetriaaltoalueella tarvittavat elektroniset tekniikat ovat myös paljon monimutkaisempia ja vaikeampia valmistaa kuin mikroaaltokaistojen tekniikat, joten millimetriaaltoisten radioiden kustannukset ovat yleensä korkeammat.

Mikroaaltoviestinnän historia
James Clerk Maxwell ennusti kuuluisien "Maxwellin yhtälöiden" avulla näkymättömien sähkömagneettisten aaltojen olemassaolon, joihin mikroaallot kuuluvat, vuonna 1865. Vuonna 1888 Heinrich Hertzistä tuli ensimmäinen, joka osoitti tällaisten aaltojen olemassaolon rakentamalla laitteen, joka tuotti ja havaitsi mikroaaltoja erittäin korkean taajuuden alueella. Hertz tunnisti, että hänen kokeensa tulokset vahvistivat Maxwellin ennusteen, mutta hän ei nähnyt mitään käytännön sovelluksia näille näkymättömille aalloille. Myöhempi muiden työ johti langattoman viestinnän keksimiseen, joka perustui mikroaalloihin. Tämän työn avustajia olivat Nikola Tesla, Guglielmo Marconi, Samuel Morse, Sir William Thomson (myöhemmin Lord Kelvin), Oliver Heaviside, Lord Rayleigh ja Oliver Lodge.

Mikroaaltolinkki Englannin kanaalin kautta, 1931

Vuonna 1931 yhdysvaltalainen ranskalainen konsortio osoitti kokeellisen mikroaaltoreleyhteyden Englannin kanaalin poikki käyttäen 10 jalan astioita, joka oli yksi varhaisimmista mikroaaltouunin viestintäjärjestelmistä. Puhelintietoa, sähke- ja faksitietoja lähetettiin 3 GHz: n säteillä 1.7 mailin päässä Doverista (Iso-Britannia) ja Calaisista (Ranska). Se ei kuitenkaan voinut kilpailla halvan vedenalaisen kaapelihinnan kanssa, eikä suunniteltua kaupallista järjestelmää koskaan rakennettu.

1950-luvulla AT&T Long Lines -kaapelijärjestelmä kasvoi kantamaan suurimman osan Yhdysvaltain kaukopuhelinliikenteestä sekä mannertenvälisen televisioverkon signaaleista. Prototyyppiä kutsuttiin TDX: ksi, ja se testattiin New York Cityn ja Bell Laboratoriesin vuonna 1946 sijaitsevan Murray Hillin välisellä yhteydellä. TDX-järjestelmä perustettiin New Yorkin ja Bostonin välille vuonna 1947.

Moderni kaupallinen mikroaaltouuni
CableFree-mikroaaltotietoliikennetorni

Mikroaaltouuni viestintorni

Mikroaaltolinkki on tietoliikennejärjestelmä, joka käyttää mikroaaltotaajuusalueella olevaa radioaaltosädettä video-, ääni- tai datasiirtoon kahden sijainnin välillä, jotka voivat olla vain muutamasta jalasta tai metristä usean mailin tai kilometrin etäisyydelle toisistaan. Esimerkkejä CableFreen kaupallisista mikroaaltolinkeistä saatat nähdä täältä. Nykyaikaiset mikroaaltolinkit voivat kuljettaa jopa 400Mbps 56MHz -kanavalla käyttämällä 256QAM-modulointia ja IP-otsikkopakkausmenetelmiä. Mikroaaltolinkkien toimintaetäisyydet määräytyvät antennin koon (vahvistuksen), taajuuskaistan ja linkin kapasiteetin mukaan. Selkeän näkölinjan saatavuus on ratkaisevan tärkeää mikroaaltolinkeille, joiden maapallon kaarevuus on sallittava

CableFree FOR2 -mikroaaltolinkki 400Mbps

Televisiolähetystoiminnan harjoittajat käyttävät mikroaaltolinkkejä yleisesti lähettääkseen ohjelmia eri puolilla maata tai ulkoisesta lähetyksestä takaisin studioon. Siirrettävät yksiköt voidaan asentaa kameraan, mikä antaa kameroille vapauden liikkua ilman kaapeleita. Nämä näkyvät usein Steadicam-järjestelmien urheilukenttien kosketuslinjoilla.

Mikroaaltolinkkien suunnittelu
● CableFree-mikroaaltolinkit on suunniteltava ottaen huomioon seuraavat parametrit:
● Vaadittu etäisyys (km / mailia) ja kapasiteetti (Mbps)
● Linkin haluttu tavoitettavuus (%)
● Selkeän näkölinjan (LOS) saatavuus loppusolmujen välillä
● Tornit tai mastot, jos tarvitaan selkeän LOS: n saavuttamiseksi
● Sallitut taajuusalueet alueelle / maalle
● Ympäristörajoitukset, sade mukaan lukien
● Vaadittujen taajuuskaistojen lisenssikustannukset
 
 

Mikroaaltotaajuusalueet

Mikroaaltosignaalit jaetaan usein kolmeen luokkaan:

erittäin korkea taajuus (UHF) (0.3-3 GHz);
erittäin korkea taajuus (SHF) (3-30 GHz); ja
erittäin korkea taajuus (EHF) (30-300 GHz).
Lisäksi mikroaaltotaajuusalueet on merkitty erityisillä kirjaimilla. Ison-Britannian radioyhdistyksen nimitykset on annettu alla.
Mikroaaltotaajuuskaistat
Nimitys Taajuusalue
● L-alue 1–2 GHz
● S-alue 2–4 GHz
● C-alue 4–8 GHz
● X-alue 8–12 GHz
● Ku-kaista 12-18 GHz
● K-alue 18 - 26.5 GHz
Ka-kaista 26.5 - 40 GHz
● Q-alue 30-50 GHz
● U-kaista 40-60 GHz
● V-alue 50 - 75 GHz
● E-alue 60-90 GHz
● W-alue 75–110 GHz
● F-alue 90--140 GHz
● D-kaista 110-170 GHz

Termiä "P-kaista" käytetään joskus erittäin korkeille taajuuksille L-kaistan alapuolella. Katso muut määritelmät kohdasta Mikroaaltokaistojen kirjeet

Alempia mikroaaltotaajuuksia käytetään pidempiin yhteyksiin, ja alueet, joissa sade on korkeampi, haalistuvat. Päinvastoin, korkeampia taajuuksia käytetään lyhyemmille linkeille ja alueille, joilla sade heikkenee.

Sade haalistuu mikroaaltouunin linkeissä

Microwave Link Rain FadeRain -haihtuminen viittaa ensisijaisesti mikroaaltotaajuuden (RF) signaalin absorbointiin ilmakehän sateessa, lumessa tai jäässä ja häviöihin, jotka ovat erityisen yleisiä yli 11 GHz: n taajuuksilla. Se viittaa myös myrskyn rintaman etureunan sähkömagneettisten häiriöiden aiheuttamaan signaalin heikkenemiseen. Sadehäviö voi johtua sateista nousevan tai alaspäin suuntautuvan linkin kohdalla. Sen ei kuitenkaan tarvitse sataa paikassa, jotta sade vaikuttaisi siihen, koska signaali voi kulkea sateen läpi monien mailien päästä, varsinkin jos satelliittiantennilla on matala katselukulma. 5-20 prosenttia sateen haalistumisesta tai satelliittisignaalin vaimennuksesta voi johtua myös sade, lumi tai jää uplink- tai downlink-antenninheijastimessa, radomissa tai syöttösarvessa. Sateen haalistuminen ei rajoitu vain satelliittien nouseviin tai alasuuntaisiin linkkeihin, se voi myös vaikuttaa maanpäällisiin pisteestä pisteeseen mikroaaltolinkkeihin (jotka ovat maan pinnalla).

Mahdollisia tapoja voittaa sateen haalistumisen vaikutukset ovat paikan monimuotoisuus, nousevan siirtotien tehonsäätö, vaihtelevan nopeuden koodaus, normaalia sääolosuhteita varten vaadittavaa kokoa suuremman (eli suuremman vahvistuksen) antennien vastaanottaminen ja hydrofobiset pinnoitteet.

Moninaisuus mikroaaltolinkeissä
 

Esimerkki suojaamattomasta mikroaaltolinkistä 1 + 0

Maanpäällisissä mikroaaltolinkeissä monimuotoisuuskaavio viittaa menetelmään sanomasignaalin luotettavuuden parantamiseksi käyttämällä kahta tai useampaa eri ominaisuuksilla varustettua viestintäkanavaa. Monimuotoisuudella on tärkeä rooli haalistumisen ja kanavien välisten häiriöiden torjunnassa ja virhepurkausten välttämisessä. Se perustuu siihen tosiasiaan, että yksittäiset kanavat kokevat erilaista häipymistä ja häiriöitä. Useat versiot samasta signaalista voidaan lähettää ja / tai vastaanottaa ja yhdistää vastaanottimessa. Vaihtoehtoisesti voidaan lisätä redundantti eteenpäin virheenkorjauskoodi ja lähettää viestin eri osat eri kanavien kautta. Monimuotoisuustekniikoissa voidaan hyödyntää monitien etenemistä, mikä johtaa monimuotoisuuden kasvuun, joka mitataan usein indecibeleinä.

Seuraavat monimuotoisuusjärjestelmien luokat ovat tyypillisiä maanpäällisissä mikroaaltolinkeissä:
● Suojaamaton: Mikroaaltolinkit, joissa ei ole monimuotoisuutta tai suojausta, luokitellaan suojaamattomiksi ja myös 1 + 0. Asennettuja laitteita on yksi, eikä monimuotoisuutta tai varmuuskopiota
● Kuuma valmiustila: Kaksi mikroaaltolaitteiden sarjaa (ODU tai aktiiviset radiot) asennetaan yleensä samaan antenniin ja samalle taajuuskanavalle viritettynä. Yksi on ”sammutettu” tai valmiustilassa, yleensä vastaanottimen ollessa aktiivinen mutta lähettimen mykistettynä. Jos aktiivinen laite epäonnistuu, se sammutetaan ja valmiustila aktivoidaan. Kuuma valmiustila on lyhenne HSB: stä, ja sitä käytetään usein kokoonpanoissa 1 + 1 (yksi aktiivinen, yksi valmiustila).
● Taajuusdiversiteetti: Signaali lähetetään useilla taajuuskanavilla tai se levitetään laajalle spektrille, johon taajuusselektiivinen häipyminen vaikuttaa. Mikroaaltoradiolinkit käyttävät usein useita aktiivisia radiokanavia ja yhtä suojauskanavaa automaattiseen käyttöön minkä tahansa haalistuneen kanavan kanssa. Tätä kutsutaan N + 1-suojaukseksi
● Avaruuden monimuotoisuus: Signaali lähetetään useilla eri etenemisreiteillä. Langallisen lähetyksen tapauksessa tämä voidaan saavuttaa lähettämällä useita johtoja. Langattoman lähetyksen tapauksessa se voidaan saavuttaa antennidiversiteetillä käyttämällä useita lähetinantenneja (lähetysdiversiteetti) ja / tai useita vastaanottavia antenneja (vastaanottodiversiteetti).
● Polarisaation monimuotoisuus: Signaalista lähetetään ja vastaanotetaan useita versioita antenneilla, joilla on erilainen polarisaatio. Moninaisuusyhdistämistekniikkaa sovelletaan vastaanottimen puolella.

Erilaisen polun kestävä vikasietoisuus

Maanpäällisissä pisteestä pisteeseen -mikroaaltojärjestelmissä, jotka vaihtelevat välillä 11 GHz - 80 GHz, rinnakkainen varmuuskopiointilinkki voidaan asentaa sateelle alttiiden suuremman kaistanleveyden yhteyteen. Tässä järjestelyssä ensisijaisen linkin, kuten 80 GHz: n 1 Gbit / s: n kaksisuuntaisen mikroaaltosillan, voidaan laskea olevan 99.9%: n käytettävyysaste yhden vuoden aikana. Laskettu 99.9%: n käytettävyysaste tarkoittaa, että linkki voi olla poissa käytöstä yhteensä vähintään kymmenen tuntia vuodessa, kun sademyrskyn huiput kulkevat alueen yli. Toissijainen alemman kaistanleveyden linkki, kuten 5.8 GHz: n pohjainen 100 Mbit / s -silta, voidaan asentaa rinnakkain ensisijaisen linkin kanssa siten, että reitittimet molemmissa päissä ohjaavat automaattista vianetsintää 100 Mbit / s -sillalle, kun ensisijainen 1 Gbit / s -linkki on alaspäin sateen vuoksi haalistuvat. Tätä järjestelyä käyttämällä suurtaajuiset pisteestä pisteeseen -linkit (23 GHz +) voidaan asentaa palvelupisteisiin monta kilometriä kauemmas kuin mitä voitaisiin tarjota yhdellä linkillä, joka vaatii 99.99% käyttöaikaa yhden vuoden aikana.

Automaattinen koodaus ja modulaatio (ACM)
 

Mikroaaltouunin adaptiivinen koodaus ja modulaatio (ACM)

Linkkisovitus tai adaptiivinen koodaus ja modulaatio (ACM) on termi, jota käytetään langattomassa viestinnässä osoittamaan modulaation, koodauksen ja muiden signaali- ja protokollaparametrien vastaavuutta radiolinkin olosuhteisiin (esim. Polkuhäviö, muilta lähettimiltä tulevat signaalit, vastaanottimen herkkyys, käytettävissä oleva lähettimen tehomarginaali jne.). Esimerkiksi EDGE käyttää nopeuden sovitusalgoritmia, joka mukauttaa modulointi- ja koodausmenetelmän (MCS) radiokanavan laadun ja siten tiedonsiirtonopeuden ja vankkuuden mukaan. Linkin mukautusprosessi on dynaaminen ja signaali- ja protokollaparametrit muuttuvat radiolinkin olosuhteiden muuttuessa.

Adaptiivisen modulaation tavoitteena on parantaa mikroaaltolinkkien toiminnan tehokkuutta lisäämällä verkon kapasiteettia nykyiseen infrastruktuuriin verrattuna - samalla vähentämällä herkkyyttä ympäristöhäiriöille.
Adaptiivinen modulointi tarkoittaa modulaation dynaamista vaihtelua virheettömällä tavalla maksimoidakseen läpäisykyvyn hetkellisissä etenemisolosuhteissa. Toisin sanoen järjestelmä voi toimia suurimmalla tehollaan kirkkaassa taivaassa ja vähentää sitä
vähitellen sateen alla. Esimerkiksi linkki voi vaihtaa 256QAM: sta QPSK: ksi pitämään "linkin elossa" menettämättä yhteyttä. Ennen automaattisen koodauksen ja modulaation kehittämistä mikroaaltosuunnittelijoiden oli suunniteltava "pahimmassa tapauksessa" olosuhteet, jotta vältetään linkkikatkos. ACM: n käytön etuja ovat:
● Pidemmät linkkipituudet (etäisyys)
● Pienempien antennien käyttö (säästää mastotilaa, tarvitaan usein myös asuinalueilla)
● Parempi saatavuus (linkin luotettavuus)

Automaattinen lähetystehon hallinta (ATPC)

CableFree-mikroaaltolinkeissä on ATPC, joka lisää lähetystehoa automaattisesti haalistumisolosuhteiden, kuten rankkasateiden, aikana. ATPC: tä voidaan käyttää erikseen ACM: n kanssa tai yhdessä linkkien käyttöajan, vakauden ja käytettävyyden maksimoimiseksi. Kun ”haalistumisolosuhteet” (sateet) ovat ohi, ATPC-järjestelmä vähentää lähetystehoa uudelleen. Tämä vähentää mikroaaltotehovahvistimien rasitusta, mikä vähentää virrankulutusta, lämmöntuotantoa ja pidentää odotettua käyttöikää (MTBF)

Mikroaaltolinkkien käyttö
Runkolinkit ja ”Last Mile” -viestintä matkapuhelinoperaattoreille
Runkolinkit Internet-palveluntarjoajille (ISP) ja langattomille Internet-palveluntarjoajille (WISP)
Yritysverkot rakentamiseen rakennuksille ja kampusalueille
Televiestintä, yhdistämällä etä- ja alueelliset puhelinkeskukset suurempiin (pää) keskuksiin tarvitsematta kuparia / optisia kuitulinjoja.
Lähetystelevisio HD-SDI- ja SMPTE-standardeilla

yritys

Mikroaaltotekniikan skaalautuvuuden ja joustavuuden takia mikroaaltotuotteita voidaan käyttää monissa yrityssovelluksissa, mukaan lukien rakennusten välinen liitettävyys, hätäpalautus, verkon redundanssi ja tilapäinen liitettävyys sovelluksiin, kuten data, ääni ja data, videopalvelut, lääketieteellinen kuvantaminen , CAD- ja suunnittelupalvelut sekä kiinteän verkon operaattorin ohitus.

Matkapuhelinoperaattorin takaisinkytkentä
 

Mikroaaltouunin takaisinkytkentä matkapuhelinverkoissa

Mikroaaltolinkit ovat arvokas työkalu Mobile Carrier Backhaul: Mikroaaltotekniikkaa voidaan käyttää tarjoamaan perinteisiä PDH 16xE1 / T1, STM-1 ja STM-4 sekä moderneja IP Gigabit Ethernet -yhteyksiä ja Greenfield-matkapuhelinverkkoja. Mikroaaltouuni on huomattavasti nopeampi asentaa ja alentaa matkapuhelinoperaattoreiden kokonaiskustannuksia verrattuna valokuituverkkojen käyttöönottoon tai vuokraamiseen

Matala viive -verkot
Mikroaaltolinkkien CableFree matalat viive -versiot käyttävät matalan viiveen mikroaaltolinkkitekniikkaa, jossa toistensa lähettämien ja vastaanotettujen pakettien välinen viive on minimaalinen, lukuun ottamatta näkölinjan etenemisviivettä. Mikroaaltouunin leviämisnopeus ilmassa on noin 40% suurempi kuin kuituoptiikan kautta, mikä antaa asiakkaille viiveen välittömästi 40% pienemmäksi kuituoptiikkaan verrattuna. Lisäksi valokuituasennukset eivät ole melkein koskaan suorassa linjassa, kun rakennusten ulkoasu, katukanavat ja olemassa olevan telekommunikaatioinfrastruktuurin käyttö vaativat kuituajon olevan 100% pidempi kuin kahden päätepisteen välinen suora näköyhteys. Siksi CableFree-matalaviiveiset mikroaaltotuotteet ovat suosittuja matalaviiveisissä sovelluksissa, kuten korkean taajuuden kaupassa ja muissa käyttötarkoituksissa.

Lisätietoja mikroaaltouunista

Lisätietoja Microwave Link -tekniikasta ja siitä, miten CableFree voi auttaa langatonta verkkoasi varten, ole hyvä Ota yhteyttä

Jätä viesti 

viestiluettelo