Спутниковые и радиорелейные системы передачи

Тема 8. Цифровые радиорелейные линии

назад | содержание | вперед

8.7.1 Классификация и общая характеристика ЦРРС

Основными признаками, по которым классифицируются цифровые радиорелейные станции (ЦРРС), являются диапазон рабочих частот и пропускная способность.

Рекомендациями МСЭ, документами Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ России) и Государственными стандартами определены полосы радиочастот, в которых могут работать радиорелейные линии связи. Эти полосы расположены вблизи частот 2, 4, 5, 6, 7, 8, 11, 13, 15, 18, 23, 28, 36 и до 50 ГГц. В каждой полосе частот рекомендациями МСЭ-Р жестко регламентирован план частот.

Пропускная способность ЦРРС тесно связана с цифровыми иерархиями, рекомендованными МСЭ-Т. В настоящее время наиболее распространены плезиохронная цифровая иерархия (РDН) и синхронная цифровая иерархия (SDН).

По пропускной способности радиорелейные линии можно классифицировать следующим образом:

Другой признак для классификации – место РРЛ в сетях связи. Различают магистральные, внутризоновые и местные линии, а также технологические линии.

Как правило, для магистральных линий используются диапазоны частот 5 и 6 ГГц.

Для внутризоновый связи предпочтительны средне- и высокоскоростные РРЛ в диапазонах 8-15 ГГц. Для местной связи применяются все виды радиорелейных станций.

В связи с возрастающим объемом передаваемой информации стало невыгодно выпускать РРС для передачи только потоков Е1. По этой причине к низкоскоростным часто относят ЦРРС, рассчитанные на трафик до 16Е1.

В данном разделе рассматриваются принципы построения и особенности эксплуатации низкоскоростных ЦРРС отечественного и зарубежного производства.

Общие характеристики ЦРРС

К общим характеристикам ЦРРС (кроме диапазона частот и скорости передачи) относится конфигурация системы. Различают режим работы без резервирования (1+0) – одноствольный и режим работы с резервированием стволов (1+1), при котором по двум стволам одновременно передаются одни и те же цифровые сигналы. При этом используются варианты горячего резервирования (not stand-bay), разнесение по частоте (frequency diversity) и разнесения в пространстве (space diversity).Применение конфигурации (1+1) значительно повышает надежность связи. Переключение на резервный ствол происходит либо при внезапных отказах аппаратуры основного ствола, либо при снижении качества передачи цифрового сигнала, например, при глубоких замираниях радиосигнала. Переключение стволов производится “безобрывным” (hitless) способом, предусматривающим предварительное выравнивание времени задержки цифровых сигналов в двух стволах. Это сохраняет структуру цифровых сигналов и не приводит к нарушениям работы оборудования временного группообразования.

Применяется также конфигурация (2+0), когда по стволам могут передаваться либо одинаковые сигналы (функции переключения принимает на себя аппаратура потребителя), либо разные сигналы для повышения пропускной способности радиоствола.

Важной характеристикой радиорелейной станции является способность работать в составе многопролетной линии. При этом необходимо обеспечить низкий уровень фазовых дрожаний (джиттер) сигнала на каждом пролете, возможность ответвления и ввода основных и сервисных каналов, управление и контроль многопролетной линии.

Основные технические характеристики ЦРРС

Сопряжение радиорелейной станции с потребителем (каналообразующая аппаратура, коммутационные станции, мультиплексоры и т.п.) осуществляется по стандартным цифровым стыкам. Требования к цифровым стыкам определены рекомендациями G-703, G-708, G-823 МСЭ-Т и учитывающим эти рекомендации Государственным стандартом РФ (ГОСТ Р50765-95). Эти требования определяют форму, уровни, нагрузки, стабильность частоты, фазовые дрожания и другие параметры цифровых сигналов, соблюдение которых гарантирует высокое качество передачи.

Эффективность использования рабочей полосы частот

Выбор диапазона определяется следующими условиями:

Повышение эффективности использования частотного ресурса диапазона стало одним из самых важных требований к аппаратуре РРЛ. Наступает время, когда и в нашей стране бурный рост радиосвязи вплотную сталкивается с острым дефицитом частотного ресурса. На Западе эта проблема давно стала определяющим фактором при разработке и производстве средств связи, в том числе и РРС.

В нашей стране насыщенность радиорелейной связи пока что меньше, чем в развитых зарубежных странах, где идет интенсивное освоение всех диапазонов до 40 ГГц. Но и у нас становится тесно в эфире: все труднее получать свободные частоты на новые РРЛ в диапазонах 15 ГГц, а ниже – почти невозможно.

Эффективность использования частотного ресурса диапазона определяется следующими факторами:

  1. Требуемой шириной полосы приемопередатчика, которая определяется скоростью передачи информации, методом модуляции и уровнем стабилизации частоты передатчика.
  2. Параметрами электромагнитной совместимости (чувствительность по побочным каналам приема, подавление внеполосных и побочных излучений).
  3. Возможностями полного использования всего отведенного участка диапазона, которые обеспечиваются использованием в составе станции синтезатора частот.

Практически все производимые ведущими мировыми фирмами РРС имеют в своем составе кварцевый синтезатор частоты.

Параметры станций с точки зрения ЭМС различны и зависят от значения промежуточных частот, полосы фильтров СВЧ и др. Данное обстоятельство необходимо учитывать при выборе станций, исходя из требований российских стандартов в этой области, обычно параметры ЭМС проверяются Сертификационными центрами Госкомсвязи РФ при проведении сертификации оборудования.

Энергетические характеристики ЦРРС

Энергетические характеристики определяют дальность связи, характеризуют технический уровень аппаратуры и являются основой для проектирования РРЛ. Для обобщенной оценки энергетических параметров оборудования используется коэффициент системы Кс (system qain):

где Рпд – выходная мощность передатчика;

Рпор – пороговая мощность сигнала на входе приемника (чувствительность приемника), при которой обеспечивается заданная достоверность передачи информации.

Очевидно, что чем больше Кс, тем больше длина пролета и качество связи при фиксированной антенне.

Рассмотрим основные факторы, влияющие на коэффициент системы.

Мощность передатчика для РРС ограничивается Международными рекомендациями, с одной стороны, и возможностью реализации с другой (габариты, надежность, приемлемый уровень энергопотребления). Реально мощность СВЧ передатчика современных РРС находится в пределах от 1 вт до 30 Мвт.

Пороговый уровень полезного сигнала зависит, в основном, от двух факторов: коэффициента шума приемного устройства по входу приемника и от порогового отношения сигнал/шум на входе демодулятора, при котором достигается заданная достоверность. Коэффициент шума определяется входным МШУ и в современных приемниках составляет величину от 1,5 до 9 дБ в зависимости от диапазона.

В общем случае можно записать:

где, -отношение сигнал/шум на входе демодулятора. В зависимости от вида модуляции, метода демодуляции это отношение определяет вероятность ошибки на выходе демодулятора.

Рш – мощность тепловых шумов на входе демодулятора;

– отношение сигнал/шум на входе приемника;

П – шумовая полоса приемника;

В –полоса частот, в которой сосредоточена энергия элемента сигнала длительностью Т (численно равна скорости передачи информации).

Во многих случаях П= 1/Т и тогда

Из этого выражения получаем:

где n– коэффициент шума приемника;

k – постоянная Больцмана;

П - шумовая полоса приемника;

То = 293оК

Как правило, Рс вх.пор. (или Кс) приводят для ВЕR= 10-3 или ВЕR = 10-6.

Метод модуляции определяет ширину излучаемого спектра и, следовательно, ширину полосы приемопередатчика и пороговое отношение сигнал/шум в демодуляторе.

В настоящее время в низкоскоростных ЦРРС наибольшее распространение получила модуляция QРSK (квадратурная фазовая манипуляция), которая позволяет вдвое уменьшить ширину спектра модулированного сигнала по сравнению с двухпозиционной PSK. Известны несколько модификаций QРSK: офсетная –QРSK, с постоянной огибающей СЕРМ или С-QРSK, 4 QАМ и др., отличающиеся методами реализации.

Некоторые зарубежные фирмы применяют более простой метод 4 FSK, обеспечивающий такую же занимаемую полосу частот, что и QРSK, но за счет снижения энергетики.

Для многих скоростей передачи применяются наиболее простые методы модуляции – PSK и FSK.

В последнее время для скорости 34 Мбит/с наметилась тенденция замены QРSK на 16 QАМ в диапазонах ниже 13 ГГц с целью уменьшения занимаемой полосы ствола РРЛ до 14 МГц вместо 28 МГц при QРSK.

Обычно при сравнении РРС по энергетическим параметрам антенны не учитываются, т.к. их коэффициент усиления в основном определяется габаритами и выбирается на этапе проектирования РРЛ.

Надёжность радиорелейного оборудования

Надежность обычно характеризуется параметром средней наработки на отказ (МТВF) для конфигурации “1+0”. Все ведущие фирмы гарантируют МТВF не менее 100000 часов (более 10 лет). Как правило, за это время оборудование морально устаревает и поэтому цифра 100000 является оправданной.

Надежность оборудования в основном определяется следующими факторами:

Уровень принятых схемотехнических решений оценивается по параметру RBER (остаточный коэффициент ошибок), который характеризует ошибки, связанные только с аппаратурой (вне связи с линией). Для качественных современных станций типовое значение этого параметра 10-11.

Система телеобслуживания и дополнительные сервисные функции

Системы теленаблюдения, телеуправления и обслуживания (ТУ-ТС) являются одной из важнейших составных частей ЦРРС, возможности которой существенно влияют на работу пользователя.

В настоящее время, несмотря на отсутствие жесткой регламентации в целом на ТУ-ТС, у ведущих фирм производителей радиорелейного оборудования сложились как архитектура, так и более детальные требования к системам ТУ-ТС, обеспечивающим современный сервис и удобство эксплуатации.

В части архитектуры система ТУ-ТС подразделяется на три основных подсистемы:

Разумеется, радиорелейные аппаратные средства должны обеспечивать необходимые интерфейсы. В настоящее время наиболее распространены интерфейсы QD2 и Q3, которые обеспечивают возможность интеграции РРЛ и отдельных станций в единую телекоммуникационную систему.

Система телеобслуживания станции обеспечивает:

-Отображение состояния с выработкой сигнала обобщенной аварии станции, а также аварий по отдельным функциональным узлам (приемник, передатчик, модем и т.д.) .

-Контроль основных характеристик:

Система обслуживания и управления РРЛ осуществляет следующие функции:

  1. Установка параметров блоков и систем.
    Для современных станций это:
  1. Контроль, отображение и управление конфигурацией блоков и системы:
  1. Наблюдение за рабочими характеристиками линии:
  1. Поиск и управление неисправностями:

Контроль за телеобслуживанием осуществляется через монитор системы управления с возможностью сохранения получаемой информации на стандартных носителях (с привязкой по времени) и ее распечатки на принтере через стандартизированный параллельный интерфейс.

Дополнительные, сервисные каналы связи:

  1. Собственный канал связи станции между внешним (радиомодуль) и внутренним (базовый блок) блоками РРС, используемый для передачи сигналов состояния, команд управления и квитанций об их исполнении.
  2. Канал речевой служебной связи вдоль радиолинии (обычно один или два канала по 64 кбит/с).
  3. Служебные каналы пользователей – один или несколько каналов по 64 кбит/с, используемые пользователем в своих целях, например, технологическая связь и управление системами пользователя.
  4. Канал системы управления радиолинией.
  5. Один или несколько низкоскоростных каналов для отображения состояния системы пользователя, не связанных с РРЛ.

Для отображения состояния и управления РРС и линией до недавнего времени использовались в основном дисплеи в базовом блоке станции, светодиодная индикация и ручное управление с передней панели базового блока или выносного пульта управления. В настоящее время в основном используются компьютеры, на базе которых создаются сетевые и локальные рабочие терминалы.

Система электропитания

Энергопотребление – обобщенный показатель, отражающий общий технический уровень аппаратуры, включая качество элементной базы, оптимальность принятых схемотехнических решений. Энергопотребление влияет также и на аппаратурную надежность, которая обычно повышается при уменьшении потребления, а следовательно, тепловыделения.

Обычно энергопотребление приводится в расчете на один ствол в конфигурации “1+0”. Для современной аппаратуры эта величина лежит в пределах 35-50 вт.

При питании от сети постоянного тока важной характеристикой является наличие гальванической развязки, что позволяет снизить влияние помех по сети, а также использовать сеть любой полярности. Другой важный параметр – допустимый диапазон питающих напряжений без каких-либо переключений. Для современных станций эта величина составляет от 20 до 70 В.

Конструкция. Удобство обслуживания, организация гаоантийного обслуживания

В настоящее время аппаратуру ЦРРС производят в виде двух составных частей: аппаратуры наружного размещения, включающей в себя выносные приемо-передающие модули (ODU) и антенну, и аппаратуры внутреннего размещения (IDU), исполняемой обычно в виде модульной конструкции, которую можно установить на столе, закрепить на стене и т.д.

Соединение между ODU и IDU осуществляют коаксиальными кабелями длиной до 300м (реже 600м), по которым также передается напряжение дистанционного питания ODU.

В большинстве новых зарубежных ЦРРС при соединении ODU и IDU используется всего один кабель, по которому сигналы “вверх” и “вниз” передаются на разных поднесущих. В отечественных ЦРРС применяют два кабеля.

Перенос приемо-передатчиков цифровых РРС с “земли” на антенну первоначально имел целью избавиться от дорогих и громоздких волноводных трактов. Однако конструктивное деление РРС на ODU и IDU привело к трансформации функциональной структуры станций, к изменению электрических схем ODU и IDU.

В настоящее время в ODU размещают все элементы, зависящие от диапазона и рабочих частот, но инвариантные к изменению скорости передачи от Е1 до Е3 (Ericsson) или от Е1 до Е2 (Pasolink), а IDU содержит лишь элементы, определяющие трафик и стыки. Поэтому блок IDU одинаково подходит для всех диапазонов от 7 до 38 ГГц.

Удобство обслуживающие ЦРРС во многом определяется конструкцией антенного комплекса (ODU, антенна, опорно-поворотное устройство), способами соединения ODU с антенной и крепления антенны к мачте, а также методом юстировки антенны.

В части удобства обслуживания отечественные ЦРРС имеют и “плюсы и “минусы””. Так, их недостатком является более сложная и металллоемкая конструкция соединения ODU c антенной, особенно для больших антенн (диаметром более 1,2 м). Однако для суровых климатических районов России наши ЦРРС предусматривают дополнительную защиту от снега и льда в виде контейнера, внутри которого размещают ODU.

Исправная ЦРРС не требует обслуживания, кроме профилактических мероприятий. В случае выхода из строя ODU, его заменяют на исправный, а восстановление производят на заводе-изготовителе, либо в специализированных сервисных центрах. При выходе из строя наземного блока ремонт производится заменой ячеек из ЗИП.

Следует отметить, что гарантийное и послегарантийное обслуживание отечественных ЦРРС проще и дешевле зарубежных станций.

назад | содержание | вперед