CC BY
259
Инновации в радиорелейных системах с большой пропускной способностью
Кирик ЮМ, МТУСИ
Введение
В работе ставится задача привлечь внимание специалистов к процессу интенсивной смены поколений оборудования для магистральной и зоновой радиорелейной связи. Как и везде в телекоммуникациях, этот вид связи получает технологии в соответствии с требованиями времени. Сейчас практически не строят многопролетньх радиорелейных магистралей. Местом для применения новых и модернизации старых РРЛ, длиной в три-четыре пролета, становятся добывающие районы России. Производители хорошо понимают это и стремятся поставить на рынок надежную аппаратуру, которая отличается от оборудования для сетей доступа прежде всего высокой пропускной способностью, экономией ресурса радиочастот, многообразием передаваемого трафика. Здесь рассматриваются эти и другие стороны новой техники в РРЛ.
Удобство подключений и высокая скорость
Одной из проблем создания современных транспортных систем с использованием РРЛ является необходимость передачи сложного и разнообразного трафика. Если раньше от магистральных сетей требовали транспортировки сигналов многоканальной телефонии и телевидения, а затем, на следующем этапе, — цифровых сигналов SDH, то сейчас необходимо передавать и сигналы пакетных сооб-
Радиоблоки
щений, и TDM (сигналы с временных мультиплексоров — PDH), и сигналы SDH. Потребители не хотят доделывать системы сами — им нужен тракт под ключ с теми интерфейсами, которые у них есть. Передовые производители [1, 2], в том числе и техники РРЛ, с честью вышли из этого положения. Они разработали устройство — цифровой коммутатор (cross-connect), который включается в состав оборудования. Дело не только в том, что cross-connect является составной частью внутреннего блока IDU. У некоторых производителей это устройство является выносным. Главное, что этот коммутатор объединяет все типы трафика.
Следующий вопрос — в каком формате необходимо передавать сигналы по скоростным РРЛ? Пока однозначный приоритет, в том числе и в самом новом оборудовании, лежит за сигналами SDH. Введение сетей NGN (Next Generation Network) не может произойти мгновенно, по приказу. Можно твердо утверждать, что пока еше не появились магистральные радиорелейные линии с чисто пакетной передачей без "прослойки" SDH. Тем более что современное оборудование SDH (по терминологии многих авторов — NGSDH) обладает большой экономичностью при передаче пакетных сообщений через SDH [3]. Суть в том, что ранее при отправке кадров Ethernet через SDH происходило значительное уменьшение общей пропускной способности. Новые системы транспорта для передачи Ethernet применяют стандарт G.7041, который основан на технологии GFR (Generic Framing Procedure). Согласно этому стандарту, кадры Ethernet отображаются в кадры GFR и пересылаются по SDH. Современным методом передачи сигналов GFR является способ передачи по методу, так называемой, виртуальной конкатенации (виртуаль-
28 MHz
56 МНг 28 МНг
Соседние стволы Совпадающие стволы
Рис. 2. Передача двух стволов на разных частотах и на одной частоте
ной сцепки). Данные Ethernet пакуются экономичным образом и отсылаются без большой задержки. Так, например, пакеты данных со скоростью 100 Мбит/с отсылаются с помощью двух контейнеров VC-З по 50 Мбит/с практически со стопроцентным КПД. При этом само оборудование модернизировать не надо.
Благодаря работе цифрового коммутатора общие тракты SDH загружаются и другими источниками сообщений — TDM и Ethernet. Применение SDH на РРЛ имеет кроме общих достоинств управляемости и маршрутизации еще одну важную сторону — стабильность. Работа РРЛ связана, зачастую, со значительными помехами и искажениями, и в этом смысле помехоустойчивая обработка сигналов, имеющих стабильную тактовую частоту, обладает серьезными преимуществами.
Из структурной схемы РРЛ (рис.1) с суммарной скоростью передачи 311 Мбит/с видно, что сигналы двух потоков STM-1 по 155,5 Мбит/c передаются для обработки на модемы, расположенные в том же блоке IDU. Это практически максимальная пропускная способность, которой удается достичь при использовании полосы частот 28 МГц, отводимой для одного ствола радиорелейной линии. При этом в модуляторе должен использоваться высокоэффективный вид модуляции. Использование модуляции уровня не ниже 128QAM — это еще одна черта магистральных и зоновых линий.
Передача в полосе 28 МГц скорости 155,5 Мбит/c, когда достигается реальная плотность передачи информации 5,5 бит/с/Гц, является хорошим типичным уровнем передовых компаний. Однако имеются и образцы оборудования [4], где используется модуляция 256 QAM, которая обеспечивает в полосе одного ствола передачу информации со скоростью 200 Мбит/c. Это соответствует реальной плотности около 7 бит/с/Гц.
Работа в совместном диапазоне частот
Следующим этапом "борьбы" с помощью современных технологий за экономное использование выделенных полос радиочастот является создание оборудования, в котором применена система передачи двух стволов РРЛ в одной общей полосе частот. Обращаясь ещз раз к рис.1, заметим, что здесь применена такая схема организации двух стволов, когда сигналы от блока IDU подаются наверх по промежуточной частоте на входы независимых внешних блоков (ODU) по двум разным кабелям. Блоки ODU работают на одной частоте — сигналы подаются к антенне в разных поляризациях. Эффективное поляризационное уплотнение — это достижение последних лет.
Ранее на РРЛ применялась только поляризационная защита. Защита обеспечивала дополнительную развязку при работе стволов на соседних частотах — облегчала требования к полосовым фильтрам. Такой вид работы (по современной терминологии ACAP — Adjacent Channel Alternate Polarized) представлен на рис.2, слева.
Без использования специальных технологий развязка по поляризации не могла обеспечить работу двух стволов на одной частоте. Связано это с явлением деполяризации — поворотом плоскости поляризации на трассе между соседними станциями. Падение кроссполя-ризационной защиты для значительных процентов времени объясняется многолучевым характером распространения радиоволн в тропосфере и в зоне осадков.
В табл.1 приведен, на основе данных отечественной литературы [5], пример статистического распределения поляризационной защищенности для трассы длиной 50 км, диапазона 4 ГГц .
В 50% времени такая линия не могла бы работать двумя стволами на одной частоте без дополнительного подавления помех, так как требуемое значение сигнал/помеха для модуляции 128 QAM должно быть более 25-27 дБ. Новая технология взаимного подавления помех в радиорелейных стволах, работающих на одной частоте, — СР1С (Cross Polar Interference Cancellation) [6] увеличивает отношение сигнал/интерференционная помеха и обеспечивает повышение скорости передачи до 311 Мбит/с в полосе 28 МГц. Дополнительные платы СР1С устанавливаются в блоках IDU (рис.1). Они дают улучшение развязки примерно на 23 дБ и начинают работать при отношении полезного сигнала к интеференционному равном 5 дБ.. Этот вид работы с уплотнением по поляризации — CCDP (CoChannel Dual-Polarization ) — представлен на рис.2, справа.
Рассмотренная схема типична для компактной версии оборудования. Когда надо создать настоящую радиорелейную магистраль, то проектируют многоствольную линию с гигантской пропускной способностью. В семи частотных стволах плюс один резервный по магистрали передается информация с общей полезной скоростью 2,177 Гбит/c. Для магистрального оборудования передовые компании создают, располагаемые полностью во внутреннем помещении, стойки-платформы, где наращиваются однотипные приемопередатчики, выходы которых объединяются с помощью систем полосовых
Таблица!
Распределение значений кроссполяризационной зашиты
Время наблюдений Т, % 0,006 0,02 0,05 0,5 10 50 90 99,8
Кроссполяризационная защита менее D, дБ 0 3 5 10 18 27 30 40
Рис. 3. Передача информации в пакетной РРЛ
фильтров и циркуляторов. К антенне сигнал подается по волноводам. Для магистральных линий используют диапазоны частот до 13 ГГц из-за опасности замираний во время дождей на длинных пролетах в более высоких диапазонах частот.
Создание ответвлений
В общей линейке оборудования создается новая аппаратура для ответвлений, направленных к конкретному потребителю, например, в крупные офисы или на базовые станции. Некоторые стороны этого оборудования были описаны в [7]. Сейчас появляются образцы с чисто пакетной передачей (такая аппаратура в магистральных РРЛ не применяется). Сигналы пакетных сообщений (Ethernet) не инкапсулируются в потоки E1, а вместе с потоками традиционной телефонии с временным разделением (TDM) передаются последовательно во времени в одном радиокадре так, как это указано на рис.3.
Здесь сохраняются все достоинства передачи пакетных сообщений. В первую очередь, согласно QoS, приоритет предоставляется TDM трафику. Интеллектуальное оборудование различает типы трафика, и менее чувствительные к задержкам части общего трафика, например, Интернет, пропускаются с меньшими скоростями. Оборудование имеет своеобразную "радиорелейную" особенность — оно адаптивно меняет тип модуляции при изменении условий распространения радиоволн. Если пропускная способность уменьшается из-за многолучевости или затухания в дождях, то процессоры понижают уровень модуляции (например, с 64 QAM до 16 QAM), снижают скорость, но "спасают" трафик TDM.
Те части аппаратуры, которые поддаются унификации, например, ODU, компании стараются выполнить однотипными с другим оборудованием для зоновой связи и сетей доступа. Также, особые симпатии вызывает, появившаяся недавно, унифицированная схема
управления некоторыми образцами РРЛ. В соответствие с принятой стратегией, на компьютер пользователя не ставится программа управления. Эта программа уста-^ новлена на самой РРЛ, в блоке IDU, и инженер эксплуатации "выходит" с ноутбука на эту программу по IP-адресу. Для магист-ральныхлиний эта идея пока не применяется, так как приходится одновременно наблюдать за большим количеством станций. Краткие итоги. Приведем в качестве итогов (табл. 2) те стороны скоростного радиорелейного оборудования, которые особенно проявились в последние годы.
Понятно, что воплощение новых идей не происходит в фиксированный момент времени. Некоторые достижения, например модуляция QAM высокого порядка, применяются давно, однако сейчас это стало обязательным для магистральных линий. Использование разнесенного приема и высокоэффективные способы кодирования здесь не рассматривались, но применение этих методов неотъемлемая часть построения аппаратуры. Анализ технологий, проведенный здесь, поможет отличить новые образцы оборудования и ориентироваться на них при создании РРЛ.
Литература
1. Мермельштейн Д Магистральные радиорелейные системы Evolution long haul // Технологии и средства связи. — 2008. — № 5. — С. 48-49.
2. http://www1.alcatel-lucent.com/products/
3. Бакланов И.Г. NGN: принципы построения и организации. — М.: Эко-Трендз, 2008. — С. 399.
4. Журавель С, Шашков А. РРЛ NEC: традиции, качество, надеж-ность//Технологии и средства связи. — 2008. — № 5. — С. 44-45.
5. Справочник по радиорелейной связи. Изд. второе. — М.: Радио и связь, 1981. — С. 415.
6. A study into the application of interference cancellation techniques//Summary report//Volume 2//University of Bristol//April, 2006//http://www.ofcom.org.uk/reserarch/technology/research/ emer_tech/intex/vol2.pdf/
7. Кирик ЮМ Характерные особенности построения современного радиорелейного оборудования связи//Труды Московского технического университета связи и информатики. — М.: "ИД Медиа Паблишер", 2008. — Т.1. — С. 303-305.
Таблица 2
Новые технологии в скоростных РРЛ
Примеры инноваций
Основное место приложений
Применение цифровых коммутаторов (cross-connect) для организации трафика_______________________________________________
Магистральные и зоновые РРЛ
Загрузка пакетных сообщений по технологии GFR
Магистральные и зоновые РРЛ
Модуляция не ниже 128QAM
Магистральные и зоновые РРЛ
Поляризационное уплотнение по технологии XPIC
Магистральные и зоновые РРЛ
Многоствольная работа при скорости передачи 2,177 Гбит/с
Магистральные РРЛ
Создание типовых платформ оборудования
Магистральные и зоновые РРЛ
Создание компактных образцов без волноводов
Зоновые РРЛ
Работа во всех диапазонах радиочастот до 38 Ггц
Зоновые РРЛ
Адаптация характеристик РРЛ при пакетной передаче
Зоновые РРЛ
Установка программы управления в блоке IDU
Зоновые РРЛ
