CC BY
14МЕТОДЫ МОДЕРНИЗАЦИИ СЕТЕЙ ДОСТУПА В УСЛОВИЯХ ДЕФИЦИТА ОБОРУДОВАНИЯ
Белов Ю.Н., Андрияш А.В.
ФГБОУ ВО «Кубанский государственный университет», Краснодар
Аннотация
В статье проанализированы основные способы увеличения пропускной способности и рассмотрены основные принципы резервирования на радиорелейных линиях связи на существующей сети.
Ключевые слова: РРЛ, IDI, ODU, OMT, ВОЛС, модем, промежуточная частота, антенно-мачтовые сооружения, радиоствол, поляризация.
Наблюдаемый на сегодняшний день бурный рост объемов данных и голосового трафика, во многом вызванный развитием сети Интернет, создал дефицит пропускной способности в городских сетях связи. Сложности поставки иностранного оборудования в РФ и отказ на предоставление необходимых для его эксплуатации лицензий стимулируют операторов связи находить способы увеличения числа каналов на существующей сети связи. В это же время отечественные производители активно занимаются разработкой и масштабируемостью производства необходимого оборудования.
Сегодня РРЛ стали важной составной частью цифровых сетей электросвязи - ведомственных, корпоративных, региональных, национальных и даже международных, поскольку имеют ряд важных достоинств, в том числе:
- возможность быстрой установки оборудования при небольших капитальных затратах;
- экономически выгодная, а иногда и единственная, возможность организации многоканальной связи на участках местности со сложным рельефом;
- возможность применения для аварийного восстановления связи в случае бедствий, при спасательных операциях и в других случаях;
- эффективность развертывания разветвленных цифровых сетей в больших городах и индустриальных зонах, где прокладка новых кабелей слишком дорога или невозможна;
- высокое качество передачи информации по РРЛ, практически не уступающие ВОЛС и другим кабельным линиям.
Под радиорелейной связью понимают радиосвязь, основанную на ретрансляции радиосигналов дециметровых и более коротких волн станциями, расположенными на поверхности Земли. Совокупность технических средств и среды распространения радиоволн для обеспечения радиорелейной связи образует радиорелейную линию связи (РРЛС).
Известно, что радиосигналы на этих частотах эффективно передаются лишь в пределах прямой видимости. Поэтому для связи на большие расстояния в земных условиях приходится использовать ретрансляцию радиосигналов. На радиорелейных линиях прямой видимости в основном применяют активную ретрансляцию, в процессе которой сигналы усиливаются.
Чаще всего радиорелейное оборудование, основные элементы которого показаны на рисунке 1, устанавливают на антенно-мачтовых сооружениях (АМС).
Ниже подробнее рассмотрен каждый элемент и описаны его основные функции.
IDU(indoor unit) - внутренний блок РРЛ, который содержит интерфейсный блок с портами для подключения оборудования, модемы для организации радиолиний, модули управления и питания. Обычно находится в помещении, либо в климатическом шкафу.
Рисунок 1 - Основные элементы радиорелейного оборудования
Модемы преобразуют полезную нагрузку и канал управления ODU в сигналы промежуточной частоты(ПЧ) и отправляют его к ODU.ODU(outdoor unit) - приёмопередатчик радиоизлучения. Он заменяет несущую для сигнала полезной нагрузки с ПЧ от модема в СВЧ для передачи в атмосфере. Расположен на высоте. Порт СВЧ подключается к антенне напрямую или через волновод.
Модем и ODU соединяются коаксиальным кабелем. У РРЛ NEC это полностью кабель для внешней прокладки(фидер). У РРЛ Intracom внутри помещения используются специальные тонкие гибкие кабели(джамперы), которые соединяют модем и фидер.
Антенна - пассивное устройство, исполняет такую же функцию как линза для световых волн - фокусирует радиоизлучение в тонкий луч для более эффективной передачи. Чем больше диаметр антенны - тем больше её коэффициент усиления, потому что она получает больше энергии и фокусирует излучение в более тонкий луч. Располагаются антенны на высоте, там же где ODU. Обычно обеспечивается прямая видимость между антеннами, чтобы избежать поглощения сигнала любыми препятствиями.
Описанные элементы позволяют организовать 1 радиоствол -совокупность передатчиков и трактов распространения сигнала, обеспечивающих передачу сигналов в заданной полосе частот или с заданной скоростью передачи.
Антенна имеет один порт для ввода/вывода СВЧ сигнала с ODU. Поэтому для организации второго радиоствола с целью увеличения пропускной способности или резервирования используются сплиттер и OMT.
Сплиттер - пассивный делитель мощности сигнала. В РРЛ используются У-образные - с 2 входами для ODU и 1 выходом для антенны. Такие сплиттеры делят мощность по выходам либо пополам и вносят дополнительное затухание 3,2 дБ, либо 75%/25%, и вносят затухания примерно для основного- 1 дБ, для резервного- 6 дБ. Второй тип обычно используется для резервирования.
OMT (orthomode transducer) - пассивный делитель радиосигнала по поляризациям. Позволяет совмещать и разделять сигналы горизонтальной и вертикальной поляризации, внося небольшое затухание порядка 0,3 дБ. На рисунке 2 изображена структурная схема OMT.
Рисунок 2 - Структурная схема OMT
Для передачи сигнала на радиорелейных пролётах используются традиционные диапазоны частот от 6 до 42 ГГц и диапазоны Е-Ья^ 80 ГГц и V-band 60 ГГц. От используемого диапазона частот зависят физические свойства распространения и полоса пропускания [2].
Рисунок 3 - Диапазон частот, использующихся в РРЛ
Пропускная способность РРЛ прямо пропорциональна полосе пропускания. В традиционных диапазонах обычно используются 14, 28, 56 и 112 МГц, а в Е-Ьапё - 250 и 500 МГц.
То есть традиционный диапазон позволяет строить РРЛ на большие расстояния, но обеспечивает пропускную способность не более 900 Мбит/с на 1 радиоствол. При этом для использования традиционных диапазонов необходимы разрешения на использование частот у организации РИЧ.
РРЛ, работающие в Е-Ьа^ и У-Ьа^ диапазонах, позволяют получать пропускную способность в несколько Гбит/с, но их сигнал сильно затухает, поэтому дальность РРЛ ограничена несколькими км. Для использования этих диапазонов разрешение от РИЧ получать не нужно, достаточно уведомить РЧЦ (радиочастотный центр) об использовании этих частот в необходимом месте.
Рабочий диапазон частот ODU, антенн, волноводов, сплиттеров и ОМТ физически ограничен. Стоит помнить, что элементы не универсальны для всех диапазонов.
Диапазоны частот имеют разные коэффициенты затухания в атмосфере, от осадков и физических преград. Чем ниже частота, тем меньше затухание, но меньше ширина полосы пропускания. Ниже на рисунке 4 показан график зависимостей затухания в атмосфере и осадках от частоты сигнала, где красной линией показано поглощение в атмосфере, зеленой- от осадков.
Обычно для передачи используют вертикальную поляризацию, поскольку она меньше поглощается при осадках. Горизонтальная же поляризация является более помехозащищённой при построении радиорелейных пролетов над водой из-за меньших отражений электромагнитного сигнала от волн на поверхности, особенно соразмерных длине волны сигнала.
Рисунок 4 - График затухания радиосигнала
Для обеспечения full duplex - одновременной передачи в оба направления, на каналах передачи используют частотное разнесение. ODU с большей частотой передачи называют High, с меньшей - Low. РРЛ планируют и строят так, чтобы на площадке для передачи использовались либо только High частоты, либо Low. Это позволяет избежать помех, возникших из-за отражений сигнала передачи на одной и той же площадке.
Далее будут рассмотрены самые распространённые схемы РРЛ и ситуации для которых предпочтительна та или иная конфигурация [3].
На рисунке 5 изображена схема 1+0. Классическая конфигурация, при которой с обеих сторон используются по 1 модему, 1 ODU и 1 антенне.
Рисунок 5 - Схема организации РРЛ 1+0
Ниже рассмотрены основные методы модернизации сети связи необходимые для увеличения пропускной способности и резервирования каналов на существующей сети.
Схема 1+1 используется для увеличения надёжности РРЛ, помогает при проблемах с основным радиостволом. С каждой стороны радиосигнал излучает только 1 ODU, но на ответной стороне приёмный радиосигнал получают и анализируют обе ODU. Данная схема обеспечивает резервирование ODU, модема и фидера между ними.
Встречаются случаи, когда резервирование используется только с одной стороны.
У Шгасот часто используется резервирование канала за счет установки на модеме статуса «основной» и «резервный». То есть если трафик не сможет пойти через первый модем, то передача сигнала будет осуществлена через второй.
На рисунке 6 изображена схема 1+1 со сплиттером. Он используется из-за того, что антенна обладает единственным входом для радиосигнала. Он делит мощность по выходам либо пополам и вносит дополнительное затухание 3,2 дБ, либо 75%/25%, и вносит затухания примерно для основного 1 дБ, для резервного 6 дБ.
Данная схема обеспечивает резервирование ODU, модема и фидера между ними.
Рисунок 6 - Схема организации РРЛ 1+1
Схема организации РРЛ 2+0 представленная на рисунке 7 используется для увеличения пропускной способности. Второй радиоствол получается за счёт использования других частот, которые не создают помеху для первого.
Без использования агрегации каналов (ЯЬА, RadioGRP) радиостволы представляют собой два отдельных интерфейса, и необходимо вручную балансировать трафик между ними.
Чаще всего для увеличения пропускной способности в радиорелейной линии используют технологию компенсации кросс-поляризационных потерь (ХР1С).
Рисунок 7 - Схема организации РРЛ 2+0
Технология XPIC уменьшает физическое влияние сигналов перпендикулярных поляризаций, за счёт чего позволяет использовать вертикальную и горизонтальную поляризации сигнала на одной и той же частоте. Благодаря чему увеличивается количество радиостволов. Для дополнительного разделения, уже логического, используются заголовки Frame ID/Carrier ID, которые должны быть попарно одинаковыми с обеих сторон радиоствола и отличными от других. На каждой стороне РРЛ пролета используется по два ODU - по одному ODU для каждой поляризации. Оба сигнала от этих радиомодулей объединяются с помощью OMT и передаются с общей антенны на ближнем конце и принимаются через общую антенну на дальнем конце. Полученный сигнал на дальнем конце затем снова разделяется на основе двух поляризаций, так что один ODU принимает сигналы с вертикальной поляризацией, а другой - сигналы с горизонтальной. Горизонтальную поляризацию получают за счёт поворота ODU на 90 градусов при подключении к OMT. На рисунке 8 представлена классическая схема c одним XPIC. XPIC с двумя активными ODU разные вендоры называют либо XPIC 1+0 либо XPIC 2+0.
Рисунок 8 - Схема организации РРЛ XPIC 2+0
На сегодняшний день, со стороны государства необходимо мощнейшее финансирование, направленное на развитие отечественной техники. Оптимизация работы существующей сети — это временная мера, так как рост числа абонентов только увеличивается, а у способности сети увеличивать пропускную способность есть предел, и оборудование с течением времени будет выходить из строя. Стоит рассмотреть путь других преуспевающих стран, которые на основе уже существующих разработок улучшают характеристики и создают собственные устройства, масштабируют их производство и даже выходят на мировой рынок оборудования.
Библиографический список
1. Крухмалев, В.В. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей: Учебник для вузов / В.В. Крухмалев - М.: Горячая линия - Телеком. -2004. - 150 с.
2. Носов В.И., Носкова Н.В. Методы частотно-территориального планирования в сетях радиосвязи. Монография/ СибГУТИ - Новосибирск, 2006. - 150 с.
3. Гаранин, М.В. Системы и сети передачи информации: Учебное пособие для вузов / М.В. Гаранин - М.: Радио и связь. - 2001. - 336 с.
