Проектирование радиорелейных линий связи в условиях отсутствия прямой видимости (Microwave Links in No-Line-of-Sight Conditions)

Авторы:

Грегор Рашпет (Gregor Razpet), Iskra Sistemi d.d.

Войко Кович (Vojko Kovic), Iskra Sistemi d.d.

I. РАДИОРЕЛЕЙНЫЕ ЛИНИИ С ПАССИВНЫМИ РЕТРАНСЛЯТОРАМИ

В условиях, когда на пролете нет прямой оптической видимости, довольно часто применяют пассивные ретрансляторы. Отражающее зеркало можно установить на середине пролета, как правило, на холме или на горе. Важен угол между нормалью и направлением падающего сигнала, так как коэффициент передачи системы пропорционален косинусу этого угла. На практике это означает, что разработчик радиолинии сталкивается с дилеммой. При стремлении разместить пассивный ретранслятор в середине пролета это приводит к увеличению возможной дальности прямой видимости, но, одновременно, увеличивает угол между падающим и отраженным лучом. Как правило, стремятся сделать этот угол меньше, а коэффициент передачи пассивного ретранслятора выше.

Рис.1. Радиолиния с пассивным ретранслятором

Рисунок 1 демонстрирует вариант, когда разработчик предпочел увеличить коэффициент передачи системы за счет увеличения длины трассы. Угол между падающим и отраженным лучами составляет 18°. Площадь зеркала равна 68 кв. метрам, при этом потребовалось порядка 10 тонн стали и 28 кубометров бетона.

II. РАДИОЛИНИЯ С ПАРОЙ СОЕДИНЕННЫХ ДРУГ С ДРУГОМ ПАРАБОЛИЧЕСКИХ АНТЕНН

В некоторых случаях проблему можно решить, используя следующее решение: просто соединить две антенны волноводом. Получается подобие пассивного ретранслятора. В этом случае угол падения и отражения не имеют значения. Но, обязательно, чтобы такой ретранслятор был установлен вблизи одного из концов пролета. Кроме того, размеры антенн должны быть весьма велики, поскольку единственным источником для передачи сигнала антенной будет сигнал, принятый другой антенной. На практике условия, позволяющие строить пассивные ретрансляторы такого типа, встречаются редко.

III. РАБОТА АКТИВНОГО РЕПИТЕРА (AR)

Как и все хорошие решения, активный репитер (AR) отличается простотой, и его идея не нова. Подобные решения прежде применялись на более низких частотах, иногда, - на более высоких. Берутся два сверхвысокочастотных усилителя, работающих каждый в одном направлении. Чтобы решение не казалось таким уж легким, необходимо учесть, что усилители с усилением 65 dB в диапазоне частот 6, 7, 8 и, тем более, 18 и 23 GHz не должны самовозбуждаться. Сложной задачей является получение высокой линейности, поскольку желательно использовать сложные типы модуляции, вплоть до QAM256. Такие типы модуляции требуют высокой линейности в тракте передачи, чтобы не допустить искажения в приемниках на концах радиолинии.

Рис. 2. Блок-схема активного репитера

Рис. 3. Передаточная характеристика активного репитера

Необходимо обратить внимание на энергопотребление, поскольку часто единственным источником питания устройства может быть только солнечная батарея. Раньше также использовались комбинации солнечной батареи и ветрогенератора.. Этого часто бывает достаточно, если мощность потребляемая устройством, не превышает пары ватт. На Рисунке 2 показана блок-схема активного репитера.

Основой активного ретранслятора являются два сверхвысокочастотных усилителя и два диплексера (антенных ответвителя). Усилитель работает в диапазоне 6, 7 или 8 GHz. Он состоит из трех основных блоков: малошумящий усилитель, схема автоматической регулировки выходного уровня и усилитель мощности. Общий коэффициент усиления достигает 65 dB при диапазоне автоматической регулировки выходной мощности равной 25 dB. При модуляции класса QAM256 выходная мощность составляет 17 dBm. При более низких классах модуляции, например, QAM16, возможно увеличить выходную мощность до 21 dBm и выше при общем энергопотреблении не более 5 ватт. На Рисунке 3 представлена зависимость между входной и выходной мощностью при разных типах модуляции.

Зачастую активный репитер устанавливается на непосредственно мачту, вместе с солнечной батареей, поэтому ему не требуется контейнер или специальный шкаф для оборудования. Нет необходимости и в отдельном источнике питания. Но, необходимо, чтобы AR был во всепогодном исполнении: имел защиту от осадков и рабочую температуру -50 to +55°C.

IV. ПРЕИМУЩЕСТВА АКТИВНОГО РЕПИТЕРА

В отличие от рассмотренных выше пассивных ретрансляторов, при размещении активного ретранслятора разработчик имеет большую свободу выбора. Не нужно решать проблему обеспечения устройства электропитанием, не играют роли углы направлений на концы интервала. Обычно в качестве места установки в горах выбирается ферма и мачта с высотой, достаточной для обеспечения прямой оптической видимости. Запас по усилению позволяет значительно упростить выбор места для размещения. По сравнению с решением с двумя пассивными антеннами, размер антенн может быть существенно снижен. На практике часто просто не удается построить надежно работающую радиолинию с пассивными антеннами. Пролеты с активными репитерами могут быть по своей длине значительно больше, нежели при технических решениях, рассмотренных в параграфах I и II.

V. НЕДОСТАТКИ АКТИВНЫХ РЕПИТЕРОВ

Как и у любого решения, у активного репитера есть ограничения. Он не содержит в своем составе смеситель и демодулятор. Он не обрабатывает проходящие данные, и поэтому не может иметь дистанционного управления. Это ограничение слегка сглаживается тем фактом, что оба усилителя содержат очень мало активных компонентов. Поэтому его время наработки на отказ (MTBF) очень велико. Если все же отказ происходит, статус радиолинии легко контролируется оборудованием на концах пролета. Несмотря на практическую автономность, практика показывает, что наиболее частой причиной отказов является проблема электропитания. В промышленных районах необходимо периодически очищать от загрязнений панели солнечных батарей. Также, требуется замена аккумуляторов системы питания от солнечной батареи не реже одного раза в пять лет. Все это обеспечивает беспрерывную эксплуатацию оборудования.

Так как радиолиния имеет частоту передачика на одном своем конце выше, чем на другом, мы говорим о высокочастотном (H) и низкочастотном (L) концах интервала. При планировании необходимо учитывать, чтобы передатчики H и L поддиапазонов никогда не размещались в одном месте. Активный репитер по определению не может следовать этому правилу, поскольку у него всего два усилителя, он может рассматриваться как два приемопередатчика – один в поддиапазоне H, другой – L. Для мест с большим количеством установленного оборудования это может оказаться неприемлемым, однако, это может быть и не так, благодаря встроенным фильтрам на диапазоны 6, 7 и 8 ГГц. Как бы то ни было, об этом нет причин беспокоиться при работе в сельской местности, где доступно очень много свободных частот. Применение ATPC (автоматической регулировки выходной мощности) в оборудовании на концах интервала должно быть запрещено, так как AR имеет собственную систему регулировки усиления (AGC).

Рис. 4. Активный репитер диапазона 18GHz на Адриатическом побережье, работающий без перерыва с 1998 года.

VI . ВЫВОДЫ

Теперь для проектирования радиорелейных линий диапазонов 6, 7 и 8 GHz появился новый инструмент. Строительство интервалов без прямой видимости перестало быть невозможным или чрезмерно дорогим. Благодаря своим параметрам (высокое усиление, малая потребляемая мощность, возможности использования альтернативных источников питания, всепогодное исполнение, …), активный репитер открывает отличные перспективы для применения этой технологии в сложных случаях.

ЛИТЕРАТУРА

Iskra Sistemi: SparkWave SDR – руководство по эксплуатации
http://www.iskrasistemi.si/index.php/en/telecommunications
Iskra Sistemi: SparkWave AR-18G – руководство по эксплуатации
http://www.iskrasistemi.si
Dodati še link na AR678 , ko bo prospekt na spletu!!!!!
Passive repeater engineering

ОБ АВТОРАХ

Грегор Рашпет (Gregor Razpet) родился в 1982 году в Любляне. Выпускник факультета связи Люблянского Университета. Далее работал электронщиком. Получив опыт работы в компании Optacore в качестве разработчика систем электроники для оптоволоконных линий, в 2008 году поступил на работу в Iskra Sistemi. В настоящее время работает на должности инженера-разработчика высокочастотных схем для радиолиний в департаменте R&D.

Войко Кович (Vojko Kovic) родился в Любляне в 1964 году. Выпускник отделения связи Школы связи в Любляне. Пришел на работу в компанию Iskra Sistemi в 1982 году. Основной опыт получил, работая в международных проектах на Балканах, в России и Центральной Азии. После двух лет работы в компании SiMobil, (мобильный оператор), где он отвечал за работу по планированию развития передающей сети, вернулся в Iskra Sistemi. В настоящее время в круг его обязанностей входит поддержка микроволновых систем передачи на этапе предварительной продажи в международных проектах.