Tecnoloxía de enlace de microondas

 

Introdución a Microondas

 

Exemplo dunha instalación de conexión de microondas sen cable

O microondas é unha tecnoloxía de comunicación sen fíos de liña de visión que utiliza feixes de ondas de alta frecuencia para proporcionar conexións sen fíos de alta velocidade que poden enviar e recibir información de voz, vídeo e datos.

As ligazóns de microondas son amplamente utilizadas para comunicacións punto a punto porque a súa pequena lonxitude de onda permite que as antenas de tamaño conveniente as poidan dirixir en feixes estreitos, que poden apuntarse directamente cara á antena receptora. Isto permite aos equipos de microondas próximos usar as mesmas frecuencias sen interferir entre si, como fan as ondas de radio de menor frecuencia. Outra vantaxe é que a alta frecuencia das microondas confire á banda de microondas unha capacidade de transporte de información moi grande; a banda de microondas ten un ancho de banda 30 veces superior ao de todo o resto do espectro de radio por debaixo dela.

A transmisión de radio por microondas úsase normalmente nos sistemas de comunicación punto a punto na superficie da Terra, nas comunicacións por satélite e nas comunicacións de radio do espazo profundo. Outras partes da banda de radio de microondas úsanse para radares, sistemas de radionavegación, sistemas de sensores e radioastronomía.

A parte máis alta do espectro radioelectromagnético con frecuencias é superior a 30 GHz e inferior a 100 GHz, chámanse "ondas milimétricas" porque as súas lonxitudes de onda mídense convenientemente en milímetros e as súas lonxitudes de onda van dende 10 mm ata 3.0 mm. As ondas de radio nesta banda adoitan estar fortemente atenuadas pola atmosfera terrestre e as partículas contidas nela, especialmente durante o tempo húmido. Ademais, nunha ampla banda de frecuencias arredor dos 60 GHz, as ondas de radio están fortemente atenuadas polo osíxeno molecular na atmosfera. As tecnoloxías electrónicas necesarias na banda de ondas milimétricas tamén son moito máis complexas e máis difíciles de fabricar que as da banda de microondas, polo que o custo das radios de ondas milimétricas é xeralmente maior.

Historia da comunicación por microondas
James Clerk Maxwell, usando as súas famosas "ecuacións de Maxwell", prediu a existencia de ondas electromagnéticas invisibles, das que forman parte as microondas, en 1865. En 1888, Heinrich Hertz converteuse no primeiro en demostrar a existencia de tales ondas construíndo un aparello que produciu e detectou microondas na rexión de ultra alta frecuencia. Hertz recoñeceu que os resultados do seu experimento validaron a predición de Maxwell, pero non viu ningunha aplicación práctica para estas ondas invisibles. O traballo posterior doutros levou á invención de comunicacións sen fíos, baseadas en microondas. Os colaboradores deste traballo foron Nikola Tesla, Guglielmo Marconi, Samuel Morse, Sir William Thomson (máis tarde Lord Kelvin), Oliver Heaviside, Lord Rayleigh e Oliver Lodge.

Ligazón de microondas sobre a Canle da Mancha, 1931

En 1931, un consorcio francés-estadounidense demostrou un enlace experimental de retransmisión de microondas a través da Canle da Mancha empregando pratos de 10 metros, un dos primeiros sistemas de comunicación de microondas. Os datos de telefonía, telégrafo e facsímile transmitíronse a través dos feixes de 3 GHz a 1.7 millas entre Dover, Reino Unido e Calais, Francia. Non obstante, non puido competir con tarifas de cable submarinas baratas e nunca se construíu un sistema comercial planificado.

Durante a década de 1950 o sistema AT&T Long Lines de enlaces de retransmisión de microondas creceu ata transportar a maioría do tráfico telefónico de longa distancia dos Estados Unidos, así como sinais de rede de televisión intercontinentais. O prototipo chamouse TDX e probouse cunha conexión entre Nova York e Murray Hill, a localización dos laboratorios Bell en 1946. O sistema TDX creouse entre Nova York e Boston en 1947.

Ligazóns modernas de microondas comerciais
Torre de comunicación de microondas sen cable

Torre de comunicación de microondas

Un enlace de microondas é un sistema de comunicacións que usa un feixe de ondas de radio no rango de frecuencia de microondas para transmitir vídeo, audio ou datos entre dúas localizacións, que poden estar desde uns poucos metros ou metros ata varias millas ou quilómetros de distancia. Aquí pódense ver exemplos de ligazóns comerciais de microondas de CableFree. Os modernos enlaces de microondas poden levar ata 400 Mbps nunha canle de 56 MHz usando técnicas de modulación 256QAM e compresión de cabeceira IP. As distancias de funcionamento das ligazóns de microondas están determinadas polo tamaño (ganancia) da antena, a banda de frecuencia e a capacidade da ligazón. A dispoñibilidade dunha liña de visión clara é crucial para os enlaces de microondas para os que hai que permitir a curvatura da Terra

CableFree FOR2 enlace de microondas 400 Mbps

As ligazóns de microondas son usadas normalmente polas emisoras de televisión para transmitir programas a través dun país, por exemplo, ou desde unha emisión externa de volta a un estudo. As unidades móbiles pódense montar na cámara, permitindo ás cámaras moverse sen cables. A miúdo vense nas liñas de contacto dos campos deportivos dos sistemas Steadicam.

Planificación de enlaces de microondas
● As ligazóns de microondas sen cable deben planificarse tendo en conta os seguintes parámetros:
● Distancia necesaria (km / millas) e capacidade (Mbps)
● Obxectivo de dispoñibilidade desexado (%) para a ligazón
● Dispoñibilidade de Clear Line of Sight (LOS) entre os nodos finais
● Torres ou mastros se é necesario para lograr unha clara LOS
● Bandas de frecuencia permitidas específicas para a rexión / país
● As restricións ambientais, incluída a desaparición da choiva
● Custo das licenzas das bandas de frecuencia requiridas
 
 

Bandas de frecuencia de microondas

Os sinais de microondas adoitan dividirse en tres categorías:

ultra alta frecuencia (UHF) (0.3-3 GHz);
super alta frecuencia (SHF) (3-30 GHz); e
frecuencia extremadamente alta (EHF) (30-300 GHz).
Ademais, as bandas de frecuencia de microondas son designadas por letras específicas. As designacións da Radio Society of Great Britain danse a continuación.
Bandas de frecuencia de microondas
Denominación Rango de frecuencia
● Banda L de 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 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

O termo "banda P" úsase ás veces para frecuencias ultra altas por debaixo da banda L. Para outras definicións, vexa Designacións de letras de bandas de microondas

As frecuencias máis baixas de microondas úsanse para ligazóns máis longas e as rexións con maior choiva desaparecen. Pola contra, as frecuencias máis altas úsanse para ligazóns máis curtas e rexións con menos esvaecemento de choiva.

Rain Fade en ligazóns de microondas

Ligazón de microondas Rain FadeRain fade refírese principalmente á absorción dun sinal de radiofrecuencia de microondas (RF) pola choiva atmosférica, a neve ou o xeo e as perdas que son especialmente frecuentes en frecuencias superiores a 11 GHz. Tamén se refire á degradación dun sinal causada pola interferencia electromagnética do bordo dianteiro dunha fronte de tormenta. A desaparición da choiva pode ser causada por precipitacións no enlace ascendente ou no enlace descendente. Non obstante, non precisa chover nun lugar para que a choiva se vexa afectada, xa que o sinal pode atravesar precipitacións a moitos quilómetros de distancia, especialmente se a antena parabólica ten un ángulo de visión baixo. Do 5 ao 20 por cento da desaparición da choiva ou a atenuación do sinal do satélite tamén pode ser causada pola choiva, a neve ou o xeo no reflector da antena de enlace ascendente ou descendente, o radómetro ou a bocina de alimentación. A desaparición da choiva non se limita aos enlaces ascendentes ou baixadas dos satélites, tamén pode afectar ás ligazóns de microondas punto a punto terrestres (as da superficie terrestre).

As formas posibles de superar os efectos do esvaecemento da choiva son a diversidade do sitio, o control de potencia do enlace ascendente, a codificación de taxa variable, as antenas de recepción máis grandes (é dicir, maior ganancia) do tamaño requirido para as condicións meteorolóxicas normais e os revestimentos hidrofóbicos.

Diversidade en ligazóns de microondas
 

Exemplo dunha ligazón de microondas non protexida 1 + 0

Nas ligazóns de microondas terrestres, un esquema de diversidade refírese a un método para mellorar a fiabilidade dun sinal de mensaxe mediante o uso de dúas ou máis canles de comunicación con características diferentes. A diversidade xoga un papel importante na loita contra o esvaecemento e a interferencia co-canle e evitando as explosións de erros. Baséase no feito de que as canles individuais experimentan diferentes niveis de esvaecemento e interferencia. Pódense transmitir e / ou recibir e combinar varias versións do mesmo sinal no receptor. Como alternativa, pódese engadir un código redundante de corrección de erros de reenvío e transmitir diferentes partes da mensaxe a través de diferentes canles. As técnicas de diversidade poden explotar a propagación de camiños múltiples, o que resulta nunha ganancia de diversidade, a miúdo medida indecibelios.

As seguintes clases de esquemas de diversidade son típicos en Ligazóns de microondas terrestres:
● Non protexido: as ligazóns de microondas onde non hai diversidade ou protección clasifícanse como Non protexidas e tamén como 1 + 0. Hai un conxunto de equipos instalados e non hai diversidade nin copia de seguridade
● Hot Standby: dous conxuntos de equipos de microondas (ODU ou radios activas) instalanse xeralmente conectados á mesma antena, sintonizados na mesma canle de frecuencia. Un deles está "apagado" ou en modo de espera, polo xeral co receptor activo pero o transmisor silenciado. Se a unidade activa falla, apágase e a unidade de espera está activada. Hot Standby abreviase como HSB e úsase a miúdo en configuracións 1 + 1 (unha activa, outra en espera).
● Diversidade de frecuencia: o sinal transmítese usando varias canles de frecuencia ou esténdese por un amplo espectro que se ve afectado polo desvanecemento selectivo de frecuencia. As ligazóns de radio de microondas adoitan usar varias canles de radio activas máis unha canle de protección para o uso automático de calquera canle difuminado. Isto coñécese como protección N + 1
● Diversidade espacial: o sinal transmítese por varios camiños de propagación diferentes. No caso da transmisión por fío, isto pódese conseguir transmitindo a través de varios fíos. No caso da transmisión sen fíos, pódese conseguir mediante diversidade de antenas usando varias antenas transmisoras (diversidade de transmisión) e / ou antenas receptoras múltiples (diversidade de recepción).
● Diversidade de polarización: transmítense e reciben varias versións dun sinal a través de antenas con polarización diferente. Aplícase unha técnica de combinación de diversidade no lado do receptor.

Failover resistente ao camiño diverso

En sistemas de microondas punto a punto terrestres que van desde os 11 GHz ata os 80 GHz, pódese instalar unha ligazón de copia de seguridade paralela xunto cunha conexión de ancho de banda máis propensa a desaparecer pola choiva. Neste arranxo, pódese calcular que unha ligazón principal como unha ponte de microondas dúplex a 80 GHz / s a ​​1 Gbit / s ten unha taxa de dispoñibilidade do 99.9% no período dun ano. A taxa de dispoñibilidade calculada do 99.9% significa que a ligazón pode estar baixa durante un total acumulado de dez ou máis horas ao ano a medida que os picos de tormentas de choiva pasan pola zona. Pódese instalar unha ligazón secundaria de ancho de banda inferior como unha ponte de 5.8 Mbit / s baseada en 100 GHz paralela á ligazón primaria, con routers nos dous extremos que controlan a conmutación automática á ponte de 100 Mbit / s cando a ligazón principal de 1 Gbit / s está inactiva. debido á desaparición da choiva. Usando este arranxo, pódense instalar ligazóns de punto a punto de alta frecuencia (23 GHz +) en localizacións de servizo a moitos quilómetros máis lonxe do que podería servirse cunha única ligazón que require un 99.99% de tempo de actividade ao longo dun ano.

Codificación e modulación automática (ACM)
 

Modificación e codificación adaptativa de microondas (ACM)

A adaptación de ligazón, ou Codificación e Modulación Adaptativa (ACM), é un termo usado nas comunicacións sen fíos para denotar a correspondencia da modulación, codificación e outros parámetros de sinal e protocolo coas condicións da conexión de radio (por exemplo, a perda de ruta, a interferencia debida a sinais procedentes doutros transmisores, a sensibilidade do receptor, a marxe de potencia do transmisor dispoñible, etc.). Por exemplo, EDGE utiliza un algoritmo de adaptación de velocidade que adapta o esquema de modulación e codificación (MCS) segundo a calidade da canle de radio e, polo tanto, a velocidade de bits e a solidez da transmisión de datos. O proceso de adaptación de enlace é dinámico e os parámetros de sinal e protocolo cambian a medida que cambian as condicións de enlace de radio.

O obxectivo da modulación adaptativa é mellorar a eficiencia operativa das ligazóns de microondas aumentando a capacidade da rede sobre a infraestrutura existente, ao tempo que reduce a sensibilidade ás interferencias ambientais.
Modulación adaptativa significa variar dinámicamente a modulación dun xeito sen erros para maximizar o rendemento en condicións de propagación momentánea. Noutras palabras, un sistema pode funcionar ao máximo rendemento baixo condicións de ceo despexado e diminuílo
gradualmente baixo a choiva esvaécese. Por exemplo, unha ligazón pode cambiar de 256QAM a QPSK para manter a "ligazón viva" sen perder a conexión. Antes do desenvolvemento da codificación e modulación automática, os deseñadores de microondas tiñan que deseñar as condicións do "peor dos casos" para evitar a interrupción da conexión. Entre os beneficios do uso de ACM inclúense:
● Lonxitudes de enlace máis longas (distancia)
● Usar antenas máis pequenas (aforrar espazo no mastro, tamén a miúdo requirido en zonas residenciais)
● Maior dispoñibilidade (fiabilidade da ligazón)

Control de potencia de transmisión automática (ATPC)

As ligazóns de microondas CableFree inclúen ATPC que aumenta automaticamente a potencia de transmisión durante condicións de "Fade", como fortes choivas. ATPC pódese usar por separado para ACM ou xuntos para maximizar o tempo de actividade, estabilidade e dispoñibilidade das ligazóns. Cando rematan as condicións de "fundido" (precipitacións), o sistema ATPC reduce de novo a potencia de transmisión. Isto reduce a tensión nos amplificadores de potencia de microondas, o que reduce o consumo de enerxía, a xeración de calor e aumenta a vida útil esperada (MTBF)

Usos de ligazóns de microondas
Ligazóns troncales e comunicación "Last Mile" para operadores de rede móbil
Ligazóns troncales para provedores de servizos de Internet (ISP) e ISP sen fíos (WISP)
Redes corporativas para edificios e edificios
Telecomunicacións, na conexión de centrais telefónicas remotas e rexionais con centrais (principais) máis grandes sen necesidade de liñas de cobre / fibra óptica.
Emisión de televisión con estándares HD-SDI e SMPTE

Empresa

Debido á escalabilidade e flexibilidade da tecnoloxía de microondas, os produtos de microondas pódense implementar en moitas aplicacións empresariais, incluíndo conectividade de edificio a edificio, recuperación de desastres, redundancia de rede e conectividade temporal para aplicacións como datos, voz e datos, servizos de vídeo, imaxe médica , CAD e servizos de enxeñaría e derivación de operadores de liña fixa.

Revisión de operador móbil
 

Retroceso de microondas en redes móbiles

As ligazóns de microondas son unha valiosa ferramenta no Mobile Carrier Backhaul: a tecnoloxía de microondas pódese despregar para fornecer PDH 16xE1 / T1, STM-1 e STM-4 tradicionais, e conectividade de retarda Ethernet Gigabit IP moderna e redes móbiles de Greenfield. A microondas é moito máis rápida de instalar e baixa o custo total de propiedade para os operadores de redes móbiles en comparación co despregamento ou o arrendamento de redes de fibra óptica

Redes de baixa latencia
As versións de Cable Latitude de baixa latencia das ligazóns de microondas empregan a tecnoloxía de ligazón de microondas de baixa latencia, cun retraso absolutamente mínimo entre a transmisión e recepción de paquetes no outro extremo, excepto o atraso de propagación da liña de visión. A velocidade de propagación do microondas polo aire é aproximadamente un 40% maior que a través da fibra óptica, dando aos clientes unha redución inmediata do 40% na latencia en comparación coa fibra óptica. Ademais, as instalacións de fibra óptica case nunca están en liña recta, con realidades de trazado do edificio, condutos de rúa e requisito para utilizar a infraestrutura de telecomunicacións existente, o percorrido de fibra pode ser 100% máis longo que o camiño directo da liña de visión entre dous puntos finais. Por iso, os produtos de microondas de baixa latencia CableFree son populares en aplicacións de baixa latencia como o comercio de alta frecuencia e outros usos.

Para máis información sobre microondas

Para saber máis sobre a tecnoloxía Microwave Link e como CableFree pode axudar coa súa rede sen fíos, por favor Contacto

Deixar unha mensaxe 

Lista de mensaxes