Tecnologia d’enllaç de microones

 

Introducció a Microones

 

Exemple d’instal·lació d’enllaç de microones CableFree

El microones és una tecnologia de comunicació sense fils de línia de visió que utilitza feixos d’ones de ràdio d’alta freqüència per proporcionar connexions sense fils d’alta velocitat que poden enviar i rebre informació de veu, vídeo i dades.

Els enllaços de microones s’utilitzen àmpliament per a comunicacions punt a punt perquè la seva petita longitud d’ona permet que les antenes de mida convenient les puguin dirigir en feixos estrets, que es poden apuntar directament cap a l’antena receptora. Això permet que els equips de microones propers puguin utilitzar les mateixes freqüències sense interferir entre ells, com fan les ones de ràdio de menor freqüència. Un altre avantatge és que l’alta freqüència de microones proporciona a la banda de microones una capacitat de transport d’informació molt gran; la banda de microones té un ample de banda 30 vegades superior a la resta de l'espectre de ràdio que hi ha a sota.

La transmissió de ràdio per microones s'utilitza habitualment en sistemes de comunicació punt a punt a la superfície de la Terra, en comunicacions per satèl·lit i en comunicacions de ràdio espacials profundes. Altres parts de la banda de ràdio de microones s’utilitzen per a radars, sistemes de radionavegació, sistemes de sensors i radioastronomia.

La part superior de l’espectre radioelectromagnètic amb freqüències és superior a 30 GHz i inferior a 100 GHz, s’anomenen “ones mil·limètriques” perquè les seves longituds d’ona es mesuren convenientment en mil·límetres i les seves longituds d’ona van des de 10 mm fins a 3.0 mm. Les ones de ràdio d’aquesta banda solen estar fortament atenuades per l’atmosfera terrestre i les partícules que hi contenen, especialment durant el temps humit. A més, en una àmplia banda de freqüències al voltant dels 60 GHz, les ones de ràdio estan fortament atenuades per l’oxigen molecular de l’atmosfera. Les tecnologies electròniques necessàries a la banda d'ones mil·limètriques també són molt més complexes i difícils de fabricar que les de la banda de microones, per tant el cost de les ràdios d'ona mil·limètrica és generalment més alt.

Història de la comunicació de microones
James Clerk Maxwell, amb les seves famoses "equacions de Maxwell", va predir l'existència d'ones electromagnètiques invisibles, de les quals formen part les microones, el 1865. El 1888, Heinrich Hertz es va convertir en el primer a demostrar l'existència d'aquestes ones mitjançant la construcció d'un aparell que produeix i detecta microones a la regió d’alta freqüència. Hertz va reconèixer que els resultats del seu experiment validaven la predicció de Maxwell, però no va veure cap aplicació pràctica per a aquestes ones invisibles. El treball posterior d’altres va portar a la invenció de les comunicacions sense fils, basades en microones. Els col·laboradors d’aquest treball van ser Nikola Tesla, Guglielmo Marconi, Samuel Morse, Sir William Thomson (més tard Lord Kelvin), Oliver Heaviside, Lord Rayleigh i Oliver Lodge.

Enllaç de microones al canal de la Mànega, 1931

El 1931, un consorci nord-americà i francès va demostrar un enllaç experimental de retransmissió de microones a través del Canal de la Mànega mitjançant plats de 10 peus (3 peus), un dels primers sistemes de comunicació de microones. Les dades de telefonia, telègraf i facsímil es van transmetre a través dels feixos d’1.7 GHz a 40 milles entre Dover, Regne Unit i Calais, França. Tanmateix, no podia competir amb tarifes de cable submarines econòmiques i mai es va construir un sistema comercial planificat.

Durant la dècada de 1950, el sistema AT&T Long Lines d'enllaços de retransmissió de microones va créixer fins a transmetre la majoria del trànsit telefònic de llarga distància nord-americà, així com els senyals de la xarxa de televisió intercontinental. El prototip es va anomenar TDX i es va provar amb una connexió entre la ciutat de Nova York i Murray Hill, la ubicació de Bell Laboratories el 1946. El sistema TDX es va establir entre Nova York i Boston el 1947.

Enllaços moderns de microones comercials
Torre de comunicacions per microones sense cable

Torre de comunicacions de microones

Un enllaç de microones és un sistema de comunicacions que utilitza un feix d'ones de ràdio en el rang de freqüències de microones per transmetre vídeo, àudio o dades entre dues ubicacions, que poden anar des de pocs metres o metres fins a diversos quilòmetres o quilòmetres de distància. Es poden veure exemples d’enllaços comercials de microones de CableFree aquí. Els enllaços de microones moderns poden transportar fins a 400 Mbps en un canal de 56 MHz mitjançant tècniques de compressió de capçaleres i modulació 256QAM. Les distàncies de funcionament dels enllaços de microones es determinen per la mida de l'antena (guany), la banda de freqüència i la capacitat d'enllaç. La disponibilitat d’una línia de visió clara és crucial per als enllaços de microones per als quals s’ha de permetre la curvatura de la Terra

Enllaç de microones FOR2 CableFree 400Mbps

Els enllaços de microones són utilitzats habitualment per les emissores de televisió per transmetre programes a tot un país, per exemple, o des d’una emissió externa de tornada a un estudi. Les unitats mòbils es poden muntar a la càmera, cosa que permet a les càmeres la llibertat de moure’s sense cables. Sovint es veuen a les línies de contacte dels camps esportius dels sistemes Steadicam.

Planificació d'enllaços de microones
● Els enllaços de microones CableFree s'han de planificar tenint en compte els paràmetres següents:
● Distància requerida (km / milles) i capacitat (Mbps)
● Objectiu de disponibilitat desitjat (%) per a l'enllaç
● Disponibilitat de Clear Line of Sight (LOS) entre els nodes finals
● Torres o pals si es requereix per aconseguir una pèrdua clara
● Bandes de freqüències permeses específiques per a la regió / país
● Restriccions ambientals, inclosa la pluja
● Cost de les llicències per a les bandes de freqüència necessàries
 
 

Bandes de freqüència de microones

Els senyals de microones es divideixen sovint en tres categories:

ultra alta freqüència (UHF) (0.3-3 GHz);
súper alta freqüència (SHF) (3-30 GHz); i
extremadament alta freqüència (EHF) (30-300 GHz).
A més, les bandes de freqüència de microones es designen mitjançant lletres específiques. Les designacions de la Radio Society of Great Britain es donen a continuació.
Bandes de freqüència de microones
Rang de freqüència de designació
● Banda L d'1 a 2 GHz
● Banda S de 2 a 4 GHz
● Banda C de 4 a 8 GHz
● Banda X de 8 a 12 GHz
● Banda Ku de 12 a 18 GHz
● Banda K de 18 a 26.5 GHz
Banda Ka de 26.5 a 40 GHz
● Banda Q de 30 a 50 GHz
● Banda U de 40 a 60 GHz
● Banda de 50 a 75 GHz
● Banda E de 60 a 90 GHz
● Banda W de 75 a 110 GHz
● Banda F de 90 a 140 GHz
● Banda D de 110 a 170 GHz

El terme "banda P" s'utilitza de vegades per a freqüències ultra altes per sota de la banda L. Per a altres definicions, vegeu Designacions de lletres de bandes de microones

Les freqüències de microones més baixes s’utilitzen per enllaços més llargs i les regions amb pluja més alta s’esvaeixen. Per contra, les freqüències més altes s’utilitzen per a enllaços més curts i regions amb una pluja més baixa.

Rain Fade als enllaços de microones

FadeRain Rain Link de microones es refereix principalment a l’absorció d’un senyal de radiofreqüència de microones (RF) per la pluja atmosfèrica, la neu o el gel, i les pèrdues que són especialment freqüents a freqüències superiors a 11 GHz. També es refereix a la degradació d’un senyal causada per la interferència electromagnètica de la vora principal d’un front de tempesta. L’esvaïment de la pluja es pot produir per precipitacions a la ubicació de l’enllaç ascendent o descendent. Tanmateix, no cal que plogui en un lloc perquè es vegi afectat per la pluja, ja que el senyal pot passar per precipitacions a molts quilòmetres de distància, especialment si la parabòlica té un angle de visió baix. Entre el 5 i el 20 per cent de la pluja o l’atenuació del senyal del satèl·lit també poden ser causats per la pluja, la neu o el gel al reflector de l’antena de pujada ascendent o descendent, al radome o a la trompa. La difusió de la pluja no es limita als enllaços ascendents o descendents dels satèl·lits, sinó que també pot afectar els enllaços de microones de punt a punt terrestres (els de la superfície terrestre).

Les maneres possibles de superar els efectes de l’esvaiment de la pluja són la diversitat de llocs, el control de la potència de l’enllaç ascendent, la codificació de velocitat variable, les antenes de recepció més grans (és a dir, un guany més alt) que la mida requerida per a les condicions meteorològiques normals i els recobriments hidrofòbics.

Diversitat en enllaços de microones
 

Exemple d’un enllaç de microones 1 + 0 sense protecció

En els enllaços de microones terrestres, un esquema de diversitat fa referència a un mètode per millorar la fiabilitat d’un senyal de missatge mitjançant l’ús de dos o més canals de comunicació amb característiques diferents. La diversitat juga un paper important en la lluita contra la fading i la interferència de canals simultanis i en evitar ràfegues d'errors. Es basa en el fet que els canals individuals experimenten diferents nivells d’esvaiment i interferència. Es poden transmetre i / o rebre i combinar diverses versions del mateix senyal al receptor. Com a alternativa, es pot afegir un codi de correcció d'errors redundants i es poden transmetre diferents parts del missatge a través de diferents canals. Les tècniques de diversitat poden explotar la propagació de camins múltiples, donant lloc a un guany de diversitat, sovint mesurat indecibels.

Les següents classes d’esquemes de diversitat són típics als enllaços de microones terrestres:
● Sense protecció: els enllaços de microones on no hi ha diversitat o protecció es classifiquen com a no protegits i també com a 1 + 0. Hi ha un conjunt d’equips instal·lats i no hi ha diversitat ni còpia de seguretat
● Hot Standby: dos equips d'equips de microones (ODU o ràdios actives) s'instal·len generalment connectats a la mateixa antena, sintonitzats al mateix canal de freqüència. Un està "apagat" o en mode d'espera, generalment amb el receptor actiu però el transmissor apagat. Si la unitat activa falla, s’apaga i s’activa la unitat d’espera. Hot Standby s’abrevia com HSB i s’utilitza sovint en configuracions 1 + 1 (una activa, una altra).
● Diversitat de freqüència: el senyal es transmet mitjançant diversos canals de freqüència o es distribueix en un ampli espectre que es veu afectat per la decoloració selectiva de freqüència. Els enllaços de ràdio per microones solen utilitzar diversos canals de ràdio actius més un de protecció per a l’ús automàtic de qualsevol canal difuminat. Això es coneix com a protecció N + 1
● Diversitat espacial: el senyal es transmet per diversos camins de propagació diferents. En el cas de la transmissió per cable, això es pot aconseguir transmetent a través de diversos cables. En el cas de la transmissió sense fils, es pot aconseguir mitjançant la diversitat d'antenes mitjançant diverses antenes transmissores (diversitat de transmissió) i / o antenes receptores múltiples (diversitat de recepció).
● Diversitat de polarització: es transmeten i reben diverses versions d’un senyal mitjançant antenes amb polarització diferent. S’aplica una tècnica de combinació de diversitat al costat del receptor.

Failover de resistència de camins diversos

En sistemes de microones punt a punt terrestres que oscil·len entre els 11 GHz i els 80 GHz, es pot instal·lar un enllaç de còpia de seguretat paral·lel al costat d’una connexió d’ample de banda més propensa a la pluja. En aquest acord, es pot calcular que un enllaç principal com un pont de microones dúplex complet a 80 Gbit / s a ​​1 GHz / s tingui una taxa de disponibilitat del 99.9% durant el període d’un any. La taxa de disponibilitat calculada del 99.9% vol dir que l’enllaç pot estar baixat durant un total acumulat de deu hores o més a l’any a mesura que els pics de tempestes de pluja passen per la zona. Es pot instal·lar un enllaç secundari d’amplada de banda inferior, com ara un pont de 5.8 Mbit / s basat en 100 GHz, paral·lel a l’enllaç principal, amb enrutadors en ambdós extrems que controlen la migració automàtica al pont de 100 Mbit / s quan l’enllaç principal d’1 Gbit / s està inactiu. a causa de la pluja s’esvaeixen. Mitjançant aquest acord, es poden instal·lar enllaços punt a punt d’alta freqüència (23 GHz +) a ubicacions de servei a molts quilòmetres del que es podria publicar amb un únic enllaç que requereix un 99.99% de temps d’activitat al llarg d’un any.

Codificació i modulació automàtica (ACM)
 

Modulació i codificació adaptativa de microones (ACM)

L'adaptació d'enllaços, o codificació i modulació adaptativa (ACM), és un terme utilitzat en les comunicacions sense fils per designar la coincidència de la modulació, la codificació i altres paràmetres de senyal i protocol a les condicions de l'enllaç de ràdio (per exemple, la pèrdua de ruta, la senyals provinents d'altres transmissors, la sensibilitat del receptor, el marge de potència del transmissor disponible, etc.). Per exemple, EDGE utilitza un algorisme d’adaptació de velocitat que adapta l’esquema de modulació i codificació (MCS) d’acord amb la qualitat del canal de ràdio i, per tant, la velocitat de bits i la robustesa de la transmissió de dades. El procés d'adaptació d'enllaços és dinàmic i els paràmetres de senyal i protocol canvien a mesura que canvien les condicions de l'enllaç de ràdio.

L’objectiu de la modulació adaptativa és millorar l’eficiència operativa dels enllaços de microones augmentant la capacitat de la xarxa sobre la infraestructura existent, tot reduint la sensibilitat a les interferències ambientals.
Modulació adaptativa significa variar dinàmicament la modulació de manera sense errors per tal de maximitzar el rendiment en condicions de propagació momentànies. En altres paraules, un sistema pot funcionar al màxim rendiment en condicions de cel clar i disminuir-lo
es va esvaint gradualment sota la pluja. Per exemple, un enllaç pot canviar de 256QAM a QPSK per mantenir "enllaç viu" sense perdre la connexió. Abans del desenvolupament de la codificació i modulació automàtiques, els dissenyadors de microones havien de dissenyar condicions per al "pitjor dels casos" per evitar un tall d'enllaç. Els avantatges d'utilitzar ACM inclouen:
● Longituds d'enllaç més llargues (distància)
● Ús d'antenes més petites (permet estalviar espai en el pal, també sovint en zones residencials)
● Major disponibilitat (fiabilitat de l'enllaç)

Control automàtic de potència de transmissió (ATPC)

Els enllaços de microones CableFree compten amb ATPC que augmenta automàticament la potència de transmissió en condicions de "Fade", com ara fortes pluges. ATPC es pot utilitzar per separat a ACM o junts per maximitzar el temps d'activitat, estabilitat i disponibilitat de l'enllaç. Quan s’acaben les condicions d’esvaïment (precipitacions), el sistema ATPC redueix de nou la potència de transmissió. D’aquesta manera es redueix l’estrès als amplificadors de potència de microones, cosa que redueix el consum d’energia, la generació de calor i augmenta la vida útil prevista (MTBF)

Usos d’enllaços de microones
Enllaços troncals i comunicació "Last Mile" per a operadors de xarxes mòbils
Enllaços troncals per a proveïdors de serveis d'Internet (ISP) i sense fils (WISP)
Xarxes corporatives per a edificis i edificis
Les telecomunicacions, en connectar centrals telefòniques remotes i regionals a centrals més grans (principals) sense necessitat de línies de coure / fibra òptica.
Emissió de televisió amb estàndards HD-SDI i SMPTE

empresa

A causa de l’escalabilitat i la flexibilitat de la tecnologia de microones, els productes de microones es poden implementar en moltes aplicacions empresarials, inclosa la connectivitat d’edifici a edifici, la recuperació de desastres, la redundància de xarxa i la connectivitat temporal per a aplicacions com ara dades, veu i dades, serveis de vídeo, imatges mèdiques , CAD i serveis d'enginyeria i derivació de transportistes de línia fixa.

Revisió del transportista mòbil
 

Retrocés de microones a xarxes cel·lulars

Els enllaços de microones són una valuosa eina a Mobile Carrier Backhaul: la tecnologia de microones es pot desplegar per proporcionar PDH tradicionals 16xE1 / T1, STM-1 i STM-4, i connectivitat de retransmissió Ethernet IP Gigabit moderna i xarxes mòbils Greenfield. El microones és molt més ràpid d’instal·lar i redueix el cost total de propietat dels operadors de xarxes mòbils en comparació amb el desplegament o el lloguer de xarxes de fibra òptica

Xarxes de baixa latència
Les versions CableFree de baixa latència dels enllaços de microones utilitzen la tecnologia de connexions de micro latència de baixa latència, amb un retard absolutament mínim entre la transmissió i recepció de paquets a l’altre extrem, excepte el retard de propagació de la línia de visió. La velocitat de propagació de les microones per l’aire és aproximadament un 40% superior a la de la fibra òptica, cosa que proporciona als clients una reducció immediata del 40% de la latència en comparació amb la fibra òptica. A més, les instal·lacions de fibra òptica gairebé mai no es troben en línia recta, amb realitats de distribució de l'edifici, conductes de carrer i requisit per utilitzar la infraestructura de telecomunicacions existent, el recorregut de fibra pot ser 100% més llarg que el camí directe de la línia de visió entre dos punts finals. Per tant, els productes de microones de baixa latència CableFree són populars en aplicacions de baixa latència, com ara el comerç d’alta freqüència i altres usos.

Per a més informació sobre microones

Per obtenir més informació sobre la tecnologia d’enllaços de microones i sobre com CableFree us pot ajudar amb la vostra xarxa sense fils, si us plau Contacta'ns

Deixa un missatge 

Llista de missatges