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マイクロ波リンク技術

Date:2020/11/16 10:59:28 Hits:
 


マイクロ波入門

 





CableFreeマイクロ波リンクの設置例


マイクロ波は、電波の高周波ビームを使用して、音声、ビデオ、およびデータ情報を送受信できる高速ワイヤレス接続を提供する見通し内ワイヤレス通信テクノロジーです。


マイクロ波リンクは、波長が小さいため、受信アンテナに直接向けることができる狭いビームに向けて便利なサイズのアンテナを使用できるため、ポイントツーポイント通信に広く使用されています。 これにより、近くのマイクロ波機器は、低周波数の電波のように、互いに干渉することなく同じ周波数を使用できます。 別の利点は、マイクロ波の高周波がマイクロ波帯域に非常に大きな情報伝達能力を与えることです。 マイクロ波帯域の帯域幅は、その下にある他のすべての無線スペクトルの30倍です。

マイクロ波無線伝送は、地表のポイントツーポイント通信システム、衛星通信、および深宇宙無線通信で一般的に使用されています。 マイクロ波無線帯域の他の部分は、レーダー、電波航法システム、センサーシステム、および電波天文学に使用されます。

周波数が30GHzを超え100GHz未満の無線電磁スペクトルの大部分は、波長がミリメートル単位で便利に測定され、波長が10mmから3.0mmの範囲であるため、「ミリ波」と呼ばれます。 この帯域の電波は通常、特に雨天時に、地球の大気とそれに含まれる粒子によって強く減衰されます。 また、60 GHz付近の広帯域では、大気中の酸素分子によって電波が強く減衰します。 ミリ波帯に必要な電子技術も、マイクロ波帯よりもはるかに複雑で製造が難しいため、ミリ波無線機のコストは一般的に高くなります。

マイクロ波通信の歴史
ジェームズクラークマクスウェルは、彼の有名な「マクスウェルの方程式」を使用して、1865年にマイクロ波がその一部である不可視の電磁波の存在を予測しました。1888年に、ハインリッヒヘルツは、超高周波領域でマイクロ波を生成および検出しました。 ハーツは、彼の実験の結果がマクスウェルの予測を検証したことを認識しましたが、これらの目に見えない波の実用的なアプリケーションは見当たりませんでした。 他の人によるその後の研究は、マイクロ波に基づく無線通信の発明につながりました。 この作品の寄稿者には、ニコラテスラ、グリエルモマルコーニ、サミュエルモールス、ウィリアムトムソン卿(後のケルビン卿)、オリバーヘヴィサイド、レイリー卿、オリバーロッジが含まれていました。


 



イギリス海峡を介したマイクロ波リンク、1931年


1931年、米仏コンソーシアムは、最も初期のマイクロ波通信システムの10つである3フィート(1.7m)の皿を使用して、イギリス海峡を横断する実験的なマイクロ波リレーリンクを実証しました。 テレフォニー、電信、およびファクシミリのデータは、英国のドーバーとフランスのカレーの間で40マイル離れたXNUMXGHzのビームを介して送信されました。 しかし、それは安い海底ケーブル料金と競争することができず、計画された商業システムは決して構築されませんでした。

1950年代に、マイクロ波リレーリンクのAT&T Long Linesシステムは、米国の長距離電話トラフィックの大部分と大陸間テレビネットワーク信号を伝送するように成長しました。 プロトタイプはTDXと呼ばれ、1946年にニューヨーク市とベル研究所のあるマレーヒルの間の接続でテストされました。TDXシステムは1947年にニューヨークとボストンの間に設置されました。

現代の商用マイクロ波リンク
CableFreeマイクロ波通信塔






マイクロ波通信塔


マイクロ波リンクは、マイクロ波周波数範囲の電波ビームを使用して、わずか数フィートまたはメートルから数マイルまたはキロメートル離れた400つの場所間でビデオ、オーディオ、またはデータを送信する通信システムです。 CableFreeからの商用マイクロ波リンクの例はここにあります。 最新のマイクロ波リンクは、56QAM変調とIPヘッダー圧縮技術を使用して、256MHzチャネルで最大XNUMXMbpsを伝送できます。 マイクロ波リンクの動作距離は、アンテナサイズ(ゲイン)、周波数帯域、およびリンク容量によって決まります。 明確な見通し内の可用性は、地球の曲率を許可する必要があるマイクロ波リンクにとって非常に重要です



 



CableFreeFOR2マイクロ波リンク400Mbps


マイクロ波リンクは、テレビ放送局が全国に番組を送信したり、外部の放送からスタジオに番組を送信したりするために一般的に使用されています。 モバイルユニットはカメラに取り付けることができるため、カメラはケーブルを引きずることなく自由に動き回ることができます。 これらは、ステディカムシステムのスポーツフィールドのタッチラインでよく見られます。


マイクロ波リンクの計画
●CableFreeマイクロ波リンクは、次のパラメータを考慮して計画する必要があります。
●必要な距離(km /マイル)と容量(Mbps)
●リンクの望ましい可用性ターゲット(%)
●エンドノード間の見通し内(LOS)の可用性
●明確なLOSを達成するために必要な場合は、タワーまたはマスト
●地域/国に固有の許可された周波数帯域
●降雨フェージングを含む環境上の制約
●必要な周波数帯のライセンス費用
 
 



マイクロ波周波数帯


マイクロ波信号は、多くの場合、次のXNUMXつのカテゴリに分類されます。

極超短波(UHF)(0.3-3 GHz);
超高周波(SHF)(3-30 GHz); そして
ミリ波(EHF)(30-300GHz)。
さらに、マイクロ波周波数帯域は特定の文字で示されます。 イギリス無線協会による指定は以下のとおりです。
マイクロ波周波数帯
指定周波数範囲
●Lバンド1〜2 GHz
●Sバンド2〜4 GHz
●Cバンド4〜8 GHz
●Xバンド8〜12 GHz
●Kuバンド12〜18 GHz
●Kバンド18〜26.5 GHz
Kaバンド26.5〜40 GHz
●Qバンド30〜50 GHz
●Uバンド40〜60 GHz
●Vバンド50〜75 GHz
●Eバンド60〜90 GHz
●Wバンド75〜110 GHz
●Fバンド90〜140 GHz
●Dバンド110〜170 GHz

「Pバンド」という用語は、Lバンドより下の超高周波に使用されることがあります。 その他の定義については、マイクロ波帯域の文字指定を参照してください。

より長いリンク、およびより高い降雨フェージングの領域には、より低いマイクロ波周波数が使用されます。 逆に、より高い周波数は、より短いリンクと降雨フェージングがより少ない領域に使用されます。

マイクロ波リンクの降雨フェージング






マイクロ波リンクRainFadeRainフェードとは、主に、大気中の雨、雪、または氷によるマイクロ波無線周波数(RF)信号の吸収、および11GHzを超える周波数で特に一般的な損失を指します。 また、ストームフロントの前縁の電磁干渉によって引き起こされる信号の劣化も指します。 降雨フェージングは​​、アップリンクまたはダウンリンクの場所での降水によって引き起こされる可能性があります。 ただし、特に衛星放送受信アンテナの視角が小さい場合は、信号が何マイルも離れた降水を通過する可能性があるため、降雨フェージングの影響を受ける場所で雨が降っている必要はありません。 降雨フェージングまたは衛星信号の減衰の5〜20%は、アップリンクまたはダウンリンクアンテナリフレクター、レドーム、またはフィードホーンの雨、雪、または氷によっても引き起こされる可能性があります。 降雨フェージングは​​、衛星のアップリンクまたはダウンリンクに限定されず、地上のポイントツーポイントマイクロ波リンク(地表にあるもの)にも影響を与える可能性があります。

降雨フェージングの影響を克服するための可能な方法は、サイトの多様性、アップリンク電力制御、可変レートエンコーディング、通常の気象条件に必要なサイズよりも大きい(つまり高いゲイン)受信アンテナ、および疎水性コーティングです。

マイクロ波リンクの多様性
 





1 +0の保護されていないマイクロ波リンクの例


地上マイクロ波リンクでは、ダイバーシティ方式とは、特性の異なるXNUMXつ以上の通信チャネルを使用してメッセージ信号の信頼性を向上させる方法を指します。 ダイバーシティは、フェージングや同一チャネル干渉に対抗し、エラーバーストを回避する上で重要な役割を果たします。 これは、個々のチャネルでさまざまなレベルのフェージングと干渉が発生するという事実に基づいています。 同じ信号の複数のバージョンを送信および/または受信し、受信機で組み合わせることができます。 あるいは、冗長な前方誤り訂正コードを追加して、メッセージのさまざまな部分をさまざまなチャネルで送信することもできます。 ダイバーシティ技術はマルチパス伝搬を利用する可能性があり、その結果、ダイバーシティゲインが得られます。


地上マイクロ波リンクでは、次のクラスのダイバーシティスキームが一般的です。
●保護されていない:ダイバーシティまたは保護がないマイクロ波リンクは、保護されていないものとして分類され、1 +0としても分類されます。 機器のセットがXNUMXつインストールされており、多様性やバックアップはありません
●ホットスタンバイ:1セットのマイクロ波機器(ODU、またはアクティブラジオ)は、通常、同じアンテナに接続され、同じ周波数チャネルに調整されて設置されます。 1つは「電源がオフ」またはスタンバイモードで、通常は受信機はアクティブですが送信機はミュートされています。 アクティブユニットに障害が発生すると、電源がオフになり、スタンバイユニットがアクティブになります。 ホットスタンバイはHSBと略され、XNUMX + XNUMX構成(XNUMXつはアクティブ、もうXNUMXつはスタンバイ)でよく使用されます。
●周波数ダイバーシティ:信号は、複数の周波数チャネルを使用して送信されるか、周波数選択性フェージングの影響を受ける広いスペクトルに広がります。 マイクロ波無線リンクは、多くの場合、複数のアクティブな無線チャネルと1つの保護チャネルを使用して、フェージングされたチャネルで自動的に使用します。 これはN + XNUMX保護として知られています
●空間ダイバーシティ:信号はいくつかの異なる伝搬経路を介して送信されます。 有線伝送の場合、これは複数のワイヤを介して伝送することで実現できます。 無線送信の場合、複数の送信アンテナ(送信ダイバーシティ)および/または複数の受信アンテナ(受信ダイバーシティ)を使用したアンテナダイバーシティによって実現できます。
●偏波ダイバーシティ:信号の複数のバージョンは、異なる偏波のアンテナを介して送受信されます。 ダイバーシティ結合技術は、受信側で適用されます。


多様なパスの復元力のあるフェイルオーバー

11GHzから80GHzの範囲の地上のポイントツーポイントマイクロ波システムでは、降雨フェージングが発生しやすい高帯域幅接続と一緒に並列バックアップリンクを設置できます。 この配置では、80GHz 1 Gbit / s全二重マイクロ波ブリッジなどのプライマリリンクは、99.9年間で99.9%の可用性率を持つと計算できます。 計算された5.8%の可用性率は、暴風雨のピークがそのエリアを通過するときに、リンクが年間合計100時間以上ダウンする可能性があることを意味します。 100GHzベースの1Mbit / sブリッジなどのセカンダリ低帯域幅リンクをプライマリリンクと並列にインストールし、プライマリ23 Gbit / sリンクがダウンしたときに両端のルーターが99.99Mbit / sブリッジへの自動フェイルオーバーを制御することができます。降雨フェージングによる。 この配置を使用すると、高周波ポイントツーポイントリンク(XNUMXGHz +)を、XNUMX年間でXNUMX%の稼働率を必要とする単一のリンクで提供できるよりもはるかに遠いサービス場所に設置できます。

自動コーディングおよび変調(ACM)
 





マイクロ波適応符号化および変調(ACM)


リンク適応、または適応符号化および変調(ACM)は、無線通信で使用される用語であり、変調、符号化、およびその他の信号とプロトコルのパラメータを無線リンクの状態(たとえば、パスロス、他の送信機からの信号、受信機の感度、利用可能な送信機の電力マージンなど)。 たとえば、EDGEは、無線チャネルの品質、つまりデータ伝送のビットレートと堅牢性に応じて、変調およびコーディング方式(MCS)を適応させるレート適応アルゴリズムを使用します。 リンク適応のプロセスは動的なものであり、無線リンクの状態が変化すると、信号とプロトコルのパラメータが変化します。


適応変調の目標は、環境干渉に対する感度を低下させながら、既存のインフラストラクチャのネットワーク容量を増やすことにより、マイクロ波リンクの運用効率を向上させることです。
適応変調とは、瞬間的な伝搬条件下でスループットを最大化するために、エラーのない方法で変調を動的に変化させることを意味します。 言い換えれば、システムは晴天の条件下で最大スループットで動作し、それを減らすことができます
徐々に降雨フェージングの下で​​。 たとえば、リンクを256QAMからQPSKに変更して、接続を失うことなく「リンクを存続」させることができます。 自動コーディングと変調が開発される前は、マイクロ波設計者はリンクの停止を回避するために「最悪の場合」の条件を設計する必要がありました。ACMを使用する利点は次のとおりです。
●リンクの長さが長い(距離)
●小さいアンテナを使用する(マストスペースを節約し、住宅地でも必要になることが多い)
●より高い可用性(リンクの信頼性)


自動送信電力制御(ATPC)

CableFree Microwaveリンクは、大雨などの「フェード」状態のときに送信電力を自動的に増加させるATPCを備えています。 ATPCは、ACMとは別に、または一緒に使用して、リンクの稼働時間、安定性、および可用性を最大化できます。 「フェード」状態(降雨)が終了すると、ATPCシステムは送信電力を再び削減します。 これにより、マイクロ波パワーアンプへのストレスが軽減され、消費電力と発熱が減少し、期待寿命(MTBF)が向上します。

マイクロ波リンクの使用
セルラーネットワーク事業者向けのバックボーンリンクと「ラストマイル」通信
インターネットサービスプロバイダー(ISP)およびワイヤレスISP(WISP)のバックボーンリンク
建物から建物およびキャンパスサイトへの企業ネットワーク
電気通信。銅線/光ファイバー回線を必要とせずに、リモートおよび地域の電話交換機をより大きな(メイン)交換機にリンクします。
HD-SDIおよびSMPTE規格の放送テレビ


Enterprise

マイクロ波テクノロジーのスケーラビリティと柔軟性により、マイクロ波製品は、建物間の接続、ディザスタリカバリ、ネットワークの冗長性、データ、音声とデータ、ビデオサービス、医療画像などのアプリケーションの一時的な接続など、多くのエンタープライズアプリケーションに導入できます。 、CADおよびエンジニアリングサービス、および固定回線キャリアバイパス。

携帯電話会社のバックホール
 





セルラーネットワークにおけるマイクロ波バックホール


マイクロ波リンクは、モバイルキャリアバックホールの貴重なツールです。マイクロ波テクノロジーを導入して、従来のPDH 16xE1 / T1、STM-1、STM-4、および最新のIPギガビットイーサネットバックホール接続とグリーンフィールドモバイルネットワークを提供できます。 マイクロ波は、光ファイバーネットワークの展開またはリースと比較して、設置がはるかに迅速であり、セルラーネットワーク事業者の総所有コストを削減します。

低遅延ネットワーク
CableFree Low Latencyバージョンのマイクロ波リンクは、低遅延マイクロ波リンクテクノロジーを使用しており、見通し内伝搬遅延を除いて、相手側で送受信されるパケット間の遅延を最小限に抑えます。 空気中のマイクロ波伝搬速度は光ファイバーよりも約40%速く、光ファイバーと比較してレイテンシーを即座に40%削減します。 さらに、光ファイバーの設置が直線になることはほとんどありません。建物のレイアウト、道路のダクト、既存の通信インフラストラクチャを使用する必要があるため、光ファイバーの配線は100つのエンドポイント間の直接の視線パスよりもXNUMX%長くなる可能性があります。 したがって、CableFree Low Latency Microwave製品は、高頻度取引やその他の用途などの低遅延アプリケーションで人気があります。

電子レンジの詳細については

マイクロ波リンクテクノロジーの詳細と、CableFreeがワイヤレスネットワークをどのように支援できるかについては、こちらをご覧ください。 お問い合わせ



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