» مقدمه ای بر لینک های رادیویی مایکروویو

مقدمه ای بر لینک های رادیویی مایکروویو

مقدمه ای بر لینک های رادیویی مایکروویو


مقدمه ای بر مایکروویو

مایکروویو یک فناوری ارتباط بی سیم در امتداد خط دید است که از پرتوهای فرکانس بالای امواج رادیویی برای ارائه اتصالات بی سیم با سرعت بالا استفاده می کند که می تواند اطلاعات صوتی، تصویری و داده را ارسال و دریافت کند.

لینک های مایکروویو به طور گسترده برای ارتباطات نقطه به نقطه (point to point) مورد استفاده قرار می گیرند زیرا طول موج کوچک آنها به آنتن های با اندازه مناسب اجازه می دهد تا آنها را در پرتوهای باریک هدایت کنند، که می تواند مستقیماً به آنتن گیرنده اشاره شود. این به تجهیزات مایکروویو نزدیک اجازه می دهد تا از همان فرکانس ها بدون تداخل با یکدیگر استفاده کنند، همانطور که امواج رادیویی با فرکانس پایین تر انجام می دهند. مزیت دیگر این است که فرکانس بالای امواج مایکروویو به باند مایکروویو ظرفیت انتقال اطلاعات بسیار زیادی می دهد. پهنای باند مایکروویو 30 برابر بقیه طیف رادیویی زیر آن است.

انتقال رادیویی مایکروویو معمولاً در سیستم های ارتباطی نقطه به نقطه در سطح زمین، در ارتباطات ماهواره ای و در ارتباطات رادیویی در اعماق فضا استفاده می شود. سایر قسمت های باند رادیویی مایکروویو برای رادارها، سیستم های ناوبری رادیویی، سیستم های حسگر و نجوم رادیویی استفاده می شود.

بخش بالاتر طیف الکترومغناطیسی رادیویی با فرکانس‌های بالای 30 گیگاهرتز و زیر 100 گیگاهرتز، "امواج میلی‌متری" نامیده می‌شوند، زیرا طول موج آنها به راحتی بر حسب میلی‌متر اندازه‌گیری می‌شود و طول موج آنها از 10 میلی‌متر تا 3.0 میلی‌متر متغیر است. امواج رادیویی در این باند معمولاً توسط جو زمین و ذرات موجود در آن به ویژه در هوای مرطوب به شدت تضعیف می شوند. همچنین، در باند وسیع فرکانس‌های حدود 60 گیگاهرتز، امواج رادیویی به شدت توسط اکسیژن مولکولی موجود در جو ضعیف می‌شوند. فناوری‌های الکترونیکی مورد نیاز در باند موج میلی‌متری نیز بسیار پیچیده‌تر و سخت‌تر از باند مایکروویو تولید می‌شوند، بنابراین هزینه رادیوهای موج میلی‌متری معمولاً بالاتر است.


تاریخچه ارتباطات مایکروویو

جیمز کلرک ماکسول با استفاده از "معادلات ماکسول" معروف خود، وجود امواج الکترومغناطیسی نامرئی را که امواج مایکروویو بخشی از آن هستند، در سال 1865 پیش بینی کرد. در سال 1888، هاینریش هرتز اولین کسی بود که وجود چنین امواجی را با ساختن دستگاهی نشان داد. امواج مایکروویو را در ناحیه فرکانس فوق العاده بالا تولید و شناسایی کرد. هرتز تشخیص داد که نتایج آزمایش او پیش‌بینی ماکسول را تأیید می‌کند، اما هیچ کاربرد عملی برای این امواج نامرئی ندید. کار بعدی توسط دیگران منجر به اختراع ارتباطات بی سیم بر اساس امواج مایکروویو شد. مشارکت کنندگان در این کار عبارتند از نیکولا تسلا، گوگلیلمو مارکونی، ساموئل مورس، سر ویلیام تامسون (بعدها لرد کلوین)، الیور هیوساید، لرد ریلی و الیور لاج.

در سال 1931 یک کنسرسیوم آمریکایی-فرانسوی با استفاده از ظروف 10 فوتی (3 متری) که یکی از اولین سیستم های ارتباطی مایکروویو بود، یک لینک مایکروویو آزمایشی را در سراسر کانال انگلیسی نشان داد. داده های تلفن، تلگراف و فکس از طریق پرتوهای 1.7 گیگاهرتز در فاصله 40 مایلی بین دوور، بریتانیا و کاله، فرانسه ارسال شد. با این حال نمی توانست با نرخ کابل های ارزان زیر دریا رقابت کند و یک سیستم تجاری برنامه ریزی شده هرگز ساخته نشد.

در طول دهه 1950، سیستم AT&T Long Lines از لینک مایکروویو رشد کرد تا اکثر ترافیک تلفن های راه دور ایالات متحده و همچنین سیگنال های شبکه تلویزیونی بین قاره ای را حمل کند. نمونه اولیه TDX نام داشت و با اتصال بین شهر نیویورک و موری هیل، محل آزمایشگاه های بل در سال 1946 آزمایش شد. سیستم TDX بین نیویورک و بوستون در سال 1947 راه اندازی شد.


لینک های های مایکروویو تجاری مدرن

لینک مایکروویو یک سیستم ارتباطی است که از پرتوی از امواج رادیویی در محدوده فرکانس مایکروویو برای انتقال تصویر، صدا یا داده بین دو مکان استفاده می کند که می تواند از چند فوت یا متر تا چند مایل یا کیلومتر از هم فاصله داشته باشد. نمونه‌هایی از لینک های تجاری مایکروویو از CableFree را می‌توانید  در اینجا ببینید . لینک های مایکروویو مدرن با استفاده از مدولاسیون 256QAM و تکنیک های فشرده سازی هدر IP می توانند تا 400 مگابیت در ثانیه را در یک کانال 56 مگاهرتز حمل کنند. فاصله های عملیاتی برای لینک های مایکروویو با اندازه آنتن (بهره)، باند فرکانس و ظرفیت لینک تعیین می شود. در دسترس بودن خط دید واضح برای لینک های مایکروویو که انحنای زمین باید مجاز باشد بسیار مهم است.


لینک های مایکروویو معمولاً توسط پخش‌کنندگان تلویزیونی برای انتقال برنامه‌ها در سراسر یک کشور، به عنوان مثال، یا از یک پخش خارجی به یک استودیو استفاده می‌شود. واحدهای موبایل را می‌توان روی دوربین نصب کرد و به دوربین‌ها اجازه می‌دهد بدون کابل‌های دنباله‌دار حرکت کنند. اینها اغلب در خطوط لمسی زمین های ورزشی در سیستم های Steadicam دیده می شوند.


برنامه ریزی لینک های مایکروویو

لینک های مایکروویو با در نظر گرفتن پارامترهای زیر برنامه ریزی شدند:

  • مسافت مورد نیاز (کیلومتر بر مایل) و ظرفیت (Mbps)
  • هدف در دسترس بودن مورد نظر (%) برای لینک
  • در دسترس بودن Clear Line of Sight (LOS) بین گره های انتهایی
  • برج ها یا دکل ها در صورت نیاز برای دستیابی به LOS واضح
  • باندهای فرکانسی مجاز مخصوص منطقه/کشور
  • محدودیت های زیست محیطی، از جمله باران محو می شود
  • هزینه مجوز برای باندهای فرکانسی مورد نیاز

 

باندهای فرکانس مایکروویو

سیگنال های مایکروویو اغلب به سه دسته تقسیم می شوند:

فرکانس فوق العاده بالا (UHF) (0.3-3 گیگاهرتز).

فرکانس فوق العاده بالا (SHF) (3-30 گیگاهرتز)؛ و

فرکانس بسیار بالا (EHF) (30-300 گیگاهرتز).

علاوه بر این، باندهای فرکانس مایکروویو با حروف خاصی مشخص می شوند. نام‌های انجمن رادیویی بریتانیا در زیر آورده شده است.

باندهای فرکانس مایکروویو

تعیین محدوده فرکانس

L band 1 to 2 GHz

S band 2 to 4 GHz

C band 4 to 8 GHz

X band 8 to 12 GHz

Ku band 12 to 18 GHz

K band 18 to 26.5 GHz

Ka band 26.5 to 40 GHz

Q band 30 to 50 GHz

U band 40 to 60 GHz

V band 50 to 75 GHz

E band 60 to 90 GHz

W band 75 to 110 GHz

F band 90 to 140 GHz

D band 110 to 170 GHz

اصطلاح "باند P" گاهی اوقات برای فرکانس های فوق العاده بالا زیر باند L استفاده می شود. برای تعاریف دیگر، تعیین حروف باندهای مایکروویو را ببینید

فرکانس‌های مایکروویو پایین‌تر برای لینک های طولانی‌تر استفاده می‌شوند و مناطقی که باران بیشتری دارند محو می‌شوند. برعکس، فرکانس‌های بالاتر برای لینک‌های کوتاه‌تر و مناطق با محو شدن باران کمتر استفاده می‌شود.


محو شدن باران در لینک های مایکروویو

 جذب سیگنال فرکانس رادیویی مایکروویو (RF) توسط باران، برف یا یخ جوی و تلفاتی که به ویژه در فرکانس‌های بالاتر از 11 گیگاهرتز رایج است، اشاره دارد. همچنین به تخریب سیگنال ناشی از تداخل الکترومغناطیسی لبه جلویی یک جبهه طوفان اشاره دارد. محو شدن باران می تواند ناشی از بارش در مکان بالا یا پایین لینک باشد. با این حال، برای اینکه تحت تأثیر محو شدن باران قرار گیرد، نیازی به باریدن نیست، زیرا سیگنال ممکن است مایل‌ها دورتر از بارندگی عبور کند، به خصوص اگر بشقاب ماهواره زاویه نگاه کمی داشته باشد. از 5 تا 20 درصد محو شدن باران یا تضعیف سیگنال ماهواره نیز ممکن است ناشی از باران، برف یا یخ در بازتابنده آنتن بالا یا پایین، رادوم یا بوق تغذیه باشد. محو شدن باران محدود به لینک های بالا یا پایین ماهواره نیست،

راه‌های ممکن برای غلبه بر اثرات محو شدن باران عبارتند از: تنوع سایت، کنترل توان اتصال بالا، رمزگذاری نرخ متغیر، آنتن‌های دریافتی بزرگ‌تر (یعنی بهره بالاتر) از اندازه مورد نیاز برای شرایط آب‌وهوایی معمولی، و پوشش‌های آبگریز.


تنوع در لینک های مایکروویو

در لینک های مایکروویو زمینی، طرح تنوع به روشی برای بهبود قابلیت اطمینان سیگنال پیام با استفاده از دو یا چند کانال ارتباطی با ویژگی‌های مختلف اشاره دارد. تنوع نقش مهمی در مبارزه با محو شدن و تداخل کانال مشترک و جلوگیری از انفجار خطا ایفا می کند . این مبتنی بر این واقعیت است که کانال های جداگانه سطوح مختلفی از محو شدن و تداخل را تجربه می کنند. چندین نسخه از یک سیگنال ممکن است ارسال و/یا دریافت و در گیرنده ترکیب شوند. از طرف دیگر ، ممکن است یک کد تصحیح خطای پیش‌فرض اضافی اضافه شود و بخش‌های مختلف پیام از طریق کانال‌های مختلف ارسال شود. تکنیک های تنوع ممکن است از آن بهره برداری کنندانتشار چند مسیری که منجر به افزایش تنوع می شود که اغلب در دسی بل اندازه گیری می شود .

 

کلاس های زیر از طرح های تنوع در لینک های مایکروویو زمینی معمول هستند:

  • محافظت نشده:  لینک های مایکروویو در جایی که هیچ گونه تنوع یا حفاظتی وجود ندارد به عنوان محافظت نشده و همچنین به عنوان 1+0 طبقه بندی می شوند. یک مجموعه از تجهیزات نصب شده است، بدون تنوع یا پشتیبان
  • Hot Standby : دو مجموعه از تجهیزات مایکروویو (ODU یا رادیوهای فعال) نصب می‌شوند که عموماً به یک آنتن متصل می‌شوند و به کانال فرکانس یکسانی تنظیم می‌شوند. یکی "خاموش" یا در حالت آماده به کار است، معمولا با گیرنده فعال اما فرستنده خاموش است. اگر واحد فعال از کار بیفتد، خاموش می شود و واحد آماده به کار فعال می شود. Hot Standby به اختصار HSB نامیده می شود و اغلب در پیکربندی های 1+1 (یک فعال، یک حالت آماده به کار) استفاده می شود.
  • تنوع فرکانس : سیگنال با استفاده از چندین کانال فرکانس ارسال می شود یا در یک طیف گسترده پخش می شود که تحت تأثیر محو شدن فرکانس انتخابی قرار می گیرد . لینک های رادیویی مایکروویو اغلب از چندین کانال رادیویی فعال به اضافه یک کانال حفاظتی برای استفاده خودکار توسط هر کانال محو شده استفاده می کنند. این به عنوان حفاظت N+1 شناخته می شود
  • تنوع فضا : سیگنال در چندین مسیر انتشار مختلف ارسال می شود. در مورد انتقال سیمی، این امر می تواند با انتقال از طریق چند سیم به دست آید. در مورد انتقال بی سیم، می توان آن را با تنوع آنتن با استفاده از آنتن های فرستنده چندگانه ( تنوع انتقال ) و/یا آنتن های گیرنده متعدد ( تنوع دریافت ) به دست آورد.
  • تنوع قطبش : چندین نسخه از یک سیگنال از طریق آنتن هایی با قطبش متفاوت ارسال و دریافت می شود. یک تکنیک ترکیب تنوع در سمت گیرنده اعمال می شود.


شکست ارتجاعی مسیر متنوع

در سیستم های مایکروویو نقطه به نقطه زمینی از 11 گیگاهرتز تا 80 گیگاهرتز، می توان یک لینک پشتیبان موازی در کنار یک اتصال با پهنای باند بالاتر مستعد محو شدن باران نصب کرد. در این ترتیب، یک لینک اولیه مانند یک پل مایکروویو دوبلکس کامل 80 گیگاهرتز 1 گیگابیت بر ثانیه ممکن است محاسبه شود که نرخ در دسترس بودن 99.9 درصد در دوره یک ساله داشته باشد. نرخ در دسترس بودن 99.9 درصد محاسبه شده به این معنی است که لینک ممکن است در مجموع 10 ساعت یا بیشتر در سال از کار بیفتد، زیرا اوج طوفان های بارانی از منطقه عبور می کنند. یک لینک ثانویه با پهنای باند پایین تر مانند یک پل 100 مگابیت بر ثانیه مبتنی بر 5.8 گیگاهرتز ممکن است به موازات لینک اصلی نصب شود، با روترها در هر دو انتها که زمانی که لینک اولیه 1 گیگابیت بر ثانیه قطع است، خطای خودکار به پل 100 مگابیت بر ثانیه را کنترل می کند. به دلیل باران محو شد با استفاده از این ترتیب،

 

کدگذاری و مدولاسیون خودکار (ACM)

تطبیق لینک یا کدگذاری و مدولاسیون تطبیقی ​​(ACM)، اصطلاحی است که در ارتباطات بی‌سیم برای نشان دادن تطابق مدولاسیون، کدگذاری و سایر پارامترهای سیگنال و پروتکل با شرایط موجود در لینک رادیویی (مثلاً آسیب، تداخل ناشی از آن) استفاده می‌شود. سیگنال هایی که از فرستنده های دیگر می آیند، حساسیت گیرنده، حاشیه توان فرستنده موجود و غیره). به عنوان مثال، EDGE از یک الگوریتم تطبیق نرخ استفاده می کند که طرح مدولاسیون و کدگذاری (MCS) را با توجه به کیفیت کانال رادیویی و در نتیجه نرخ بیت و استحکام انتقال داده تطبیق می دهد. فرآیند تطبیق لینک یک فرآیند پویا است و پارامترهای سیگنال و پروتکل با تغییر شرایط لینک رادیویی تغییر می‌کنند.

هدف مدولاسیون تطبیقی ​​بهبود کارایی عملیاتی لینک های مایکروویو با افزایش ظرفیت شبکه بر روی زیرساخت موجود - در عین حال کاهش حساسیت به تداخلات محیطی است.

مدولاسیون تطبیقی ​​به معنای تغییر دینامیکی مدولاسیون به روشی بدون خطا به منظور به حداکثر رساندن توان در شرایط انتشار لحظه ای است. به عبارت دیگر، یک سیستم می تواند در شرایط آسمان صاف با حداکثر توان عملیاتی خود عمل کند و در شرایط

محو شدن باران به تدریج آن را کاهش دهد. به عنوان مثال، یک لینک می تواند از 256QAM به QPSK تغییر کند تا بدون از دست دادن اتصال، "لینک" را زنده نگه دارد. قبل از توسعه کدگذاری و مدولاسیون خودکار، طراحان مایکروویو مجبور بودند برای «بدترین شرایط» طراحی کنند تا از قطع شدن لینک جلوگیری کنند. مزایای استفاده از ACM عبارتند از:

  • طول لینک بیشتر (فاصله)
  • استفاده از آنتن های کوچکتر (باعث صرفه جویی در فضای دکل، همچنین اغلب در مناطق مسکونی مورد نیاز است)
  • در دسترس بودن بالاتر (قابلیت اطمینان لینک)

کنترل قدرت انتقال خودکار (ATPC)

لینک های مایکروویو CableFree دارای ATPC هستند که به طور خودکار قدرت انتقال را در شرایط "محو" مانند بارندگی شدید افزایش می دهد. ATPC را می توان به طور جداگانه برای ACM یا با هم برای به حداکثر رساندن زمان، پایداری و در دسترس بودن لینک استفاده کرد. هنگامی که شرایط "محو" (بارندگی) به پایان می رسد، سیستم ATPC دوباره قدرت انتقال را کاهش می دهد. این باعث کاهش استرس تقویت کننده های توان مایکروویو می شود که مصرف برق، تولید گرما را کاهش می دهد و طول عمر مورد انتظار (MTBF) را افزایش می دهد.


موارد استفاده از لینک های مایکروویو

  • لینک های ستون فقرات و ارتباط "آخرین مایل" برای اپراتورهای شبکه تلفن همراه
  • لینک های اصلی برای ارائه دهندگان خدمات اینترنتی (ISP) و ISPهای بی سیم (WISP)
  • شبکه های شرکتی برای ساخت و ساز به ساختمان و سایت های دانشگاهی
  • ارتباطات از راه دور، در اتصال مبادلات تلفنی از راه دور و منطقه ای به مبادلات بزرگتر (اصلی) بدون نیاز به خطوط مسی/فیبر نوری.
  • پخش تلویزیون با استانداردهای HD-SDI و SMPTE

شرکت، پروژه

به دلیل مقیاس پذیری و انعطاف پذیری فناوری مایکروویو، محصولات مایکروویو را می توان در بسیاری از برنامه های کاربردی از جمله اتصال ساختمان به ساختمان، بازیابی فاجعه، افزونگی شبکه و اتصال موقت برای برنامه هایی مانند داده، صدا و داده، خدمات ویدئویی، تصویربرداری پزشکی استفاده کرد. ، CAD و خدمات مهندسی و بای پس خطوط ثابت.

 

 


شرکت مخابراتی موبایل Backhaul

 

لینک های مایکروویو یک ابزار ارزشمند در بک‌هول حامل موبایل هستند: فناوری مایکروویو می‌تواند برای ارائه PDH 16xE1/T1، STM-1 و STM-4 سنتی، و اتصال بک‌هول اترنت IP مدرن و شبکه‌های موبایل گرین‌فیلد به کار گرفته شود. نصب مایکروویو بسیار سریعتر است و هزینه کل مالکیت اپراتورهای شبکه سلولی را در مقایسه با استقرار یا اجاره شبکه های فیبر نوری کاهش می دهد.

شبکه های کم تاخیر

نسخه های CableFree Low Latency لینک های مایکروویو از فناوری Low Latency استفاده می کنند، با حداقل تاخیر بین ارسال و دریافت بسته ها در انتهای دیگر، به جز تاخیر انتشار خط دید. سرعت انتشار مایکروویو در هوا تقریباً 40 درصد بیشتر از فیبر نوری است که به مشتریان 40 درصد کاهش فوری در تأخیر را در مقایسه با فیبر نوری می دهد. علاوه بر این، تأسیسات فیبر نوری تقریباً هرگز در یک خط مستقیم نیستند، با واقعیت‌های چیدمان ساختمان، کانال‌های خیابان و نیاز به استفاده از زیرساخت‌های مخابراتی موجود، اجرای فیبر می‌تواند 100 درصد طولانی‌تر از مسیر مستقیم بین دو نقطه پایانی باشد. از این رو محصولات مایکروویو کم تاخیر CableFree در کاربردهای با تاخیر کم مانند تجارت با فرکانس بالا 


منبع : itkahkeshan.ir

ارتباطات امواج کهکشان




فرم ارسال نظر