В этой статье я постараюсь достаточно полно и популярно объяснить, что из себя представляют современные радиорелейные станции, исходя из десятилетнего опыта эксплуатации. Исторический очерк о становлении будет в следующей статье.
Ранее мне попадались фрагменты лекций, которые читаются в ряде профильных ВУЗов. И должен заявить, что они имеют мало общего с реальностью и скорее напоминают не всегда качественный перевод европейских стандартов связи. Это является очередным свидетельством отсутствия взаимодействия между научными учреждениями и отраслевыми предприятиями в нашей стране.
Так как отраслевые предприятия до последнего момента были ориентированы на импорт, то в этом нет ничего удивительного. Не удивительно и то, что в свою очередь, на предприятиях сформировалось немало пагубных заблуждений технического характера, которые до сих пор имеют негативные последствия.
Предлагаю вам вместе пройтись по основам и разложить все по полочкам.
1. Базовые термины
Радиорелейная станция (РРС) – это приемо-передающее оборудование связи, размещенное в данной географической точке Земного шара и использующее в своей работе сверхвысокочастотные (СВЧ) радиосигналы.
Поговорим о частотах, на которых работает оборудование РРС. Современные РРС работают в следующих диапазонах: 6 ГГц, 7 ГГц, 8 ГГц, 10 ГГц, 11 ГГц, 13 ГГц, 15 ГГц, 18 ГГц, 23 ГГц, 26 ГГц, 28 ГГц, 32 ГГц, 38 ГГц. Сравнительно недавно появилось отдельное ответвление РРС, работающих в нелицензируемых диапазонах: 60 ГГц и 80 ГГц. Все диапазоны производители оборудования делят еще на поддиапазоны, адаптируя под них свои СВЧ приемо-передатчики. Поддиапазоны обозначаются латинскими буквами и индивидуальны для каждого производителя оборудования.
Радиорелейная линия (РРЛ) – это установленная линия связи между двумя географическими точками, посредством РРС.
РРЛ устанавливается при помощи направленных антенн, размещенных на антенно-мачтовых сооружениях, в зоне прямой видимости. Это означает, что ничто не должно мешать радиосигалу на пути распространения. В противном случае РРЛ становится нестабильной или вовсе прерывается.
2. Классификация
Попытаемся уподобиться герою Жюля Верна из «10000 лье под водой», Конселю, и классифицируем оборудование РРС по определенным, ярко выраженным признакам. Только не будем увлекаться как он, а то на таких моментах в книге зевать хочется.По типу передаваемой информации РРС делятся на аналоговые и цифровые. Понятное дело, что первые РРС были аналоговыми, а все современные РРС являются цифровыми.
Тут стоит сказать несколько слов о цифровых сетях передачи данных. Когда основными услугами связи были голосовые данные, для их передачи использовались выделенные каналы связи. Такие сети назывались канальными (Circuit Switch Networks, CSN). Они базировались на европейских или американских стандартах цифровой передачи данных (PDH, SDH/SONET). Когда же основной услугой связи стала передача данных, то для передачи стали использовать пакетные сети (Packet Switch Networks, PSN) на основе протокола Ethernet и стека протоколов TCP/IP.
Сначала были канальные РРС, радиокадры которых напоминали контейнеры канальных сетей передачи данных. Затем появились гибридные РРС, в радиотракте которых могли одновременно сосуществовать радиокадры канальные и пакетные. И наконец веянием последнего времени стали пакетные РРС, радиокадры которых напоминают кадры Ethernet. Однако канальные и гибридные РРС не утратили своего значения. Тем более появились протоколы и стандарты, позволяющие передавать пакетные данные через выделенные каналы связи и наоборот, формировать выделенные каналы внутри пакетных сетей передачи данных.
На фоне обычных РРС выделяются дальнобойные (long-haul), предназначенные для обеспечения связью труднодоступных мест. Они немного отличаются конструктивно, используют низкие СВЧ диапазоны и обладают примерно двойным запасом по мощности относительно обычных РРС. Проектирование РРЛ на основе данного типа РРС требует особого подхода, отдельной экономической модели применения и, вероятно, особых условий договорных отношений контрагентов. В общем, по опыту применения в нашей стране, сложилось впечатление, что концепция данной РРС не была оценена по достоинству. Стоимость дальнобойных РРС выше, чем обычных. А у нас любят все унифицировать и экономить. Даже если эта экономия потом будет отражаться на стабильной работе сети и выливаться в тяжелые условия эксплуатации для обслуживающего персонала. Почему-то у нас не принято оценивать денежные расходы на последующую эксплуатацию неправильно спроектированных РРЛ. Тут нужно проводить научные исследования, а с этим в отрасли связи есть большие проблемы.
По способу конструктивного исполнения РРС делятся на: внешние (all outdoor), внутренние (indoor) и устанавливаемые раздельно (split).
Начнем с устанавливаемых раздельно РРС. Комплект данного типа РРС состоит из внутреннего блока (indoor unit, IDU) и радиоблока (outdoor unit, ODU).
Внутренний блок устанавливается в девятнадцатидюймовой стойке (шкафу) внутри помещений связи или внутри термобокса (защищенного от внешних воздействий шкафа с климат-контролем). Для этого на корпусе внутреннего блока имеются «уши» под винтовое крепление. Внутренние блоки по своей конструкции могут быть монолитными, частично компонуемыми и полностью компонуемыми. На Рисунке 1 изображены монолитные внутренние блоки.
В них ничего нельзя заменить (кроме стандартных модулей оптических приемопередатчиков), переконфигурировать и подогнать физический функционал под свои потребности в широких пределах. Если что-то ломается, то весь блок идет в ремонт. Но это не проблема, если производитель годами доказывал надежность своего оборудования.
На Рисунке 2 изображены частично компонуемые внутренние блоки РРС.
Как вы можете видеть (по сравнению с Рисунком 1), в верхней части появились три места под платы, которые могут быть заполнены дополнительными платами различного функционального назначения. Еще, справа появился съемный блок вентиляторов.
Касательно охлаждения, внутренние блоки могут быть как с пассивным охлаждением, так и с активным охлаждением. То есть, без блока вентиляторов и с ним.
И наконец, полностью компонуемые внутренние блоки представляют из себя корпус с местами под платы, который заполняется платами по усмотрению заказчика. В задней стенке корпуса располагается соединительная плата с разъемами (backplane), в которую и подтыкаются вставленные платы (Рисунок 3).
Давайте перечислим основные виды плат, характерных для РРС, устанавливаемых раздельно.
1) Блоки питания – преобразователи напряжения постоянного тока, формируют шины питания внутри корпуса. В случае монолитных и частично компонуемых внутренних блоков, они могут быть единым целым с корпусом.
2) Блоки вентиляторов – выполняют функцию охлаждения и поддержания температуры внутри корпуса в пределах штатных значений. Могут отсутствовать. Иногда вентиляторы могут быть встроены в корпус.
3) Платы управления – сердце всей системы. Это платы, от которого зависит все: инициализация оборудования, его настройка, удаленное управление, координация работы других плат, обработка сигналов, самодиагностика системы и т. д. Тоже могут быть в виде отдельных плат, либо быть встроенными в корпус. Содержат дополнительные служебные порты для локального подключения, удаленного подключения, ввода/вывода с реле аварийных сигналов другого оборудования и т. д.
4) Модемы – платы, осуществляющие связь внутреннего блока и радиоблока посредством коаксиального кабеля на промежуточных частотах. Они также обеспечивают электропитание радиоблока по тому же коаксиальному кабелю напряжением постоянного тока. Модемы могут быть в виде отдельных плат, а могут быть интегрированы в корпус. На лицевой панели модемов имеется характерный ВЧ разъем типа TNC.
5) Платы сопроцессоров – выполняют дополнительную обработку данных. Не имеют интерфейсных портов. Выполняют узкие специфические функции, как например преобразование выделенных каналов к пакетному формату и обратно.
6) Интерфейсные платы – платы с портами ввода/вывода различного типа: Ethernet оптический и электрический; STM-1 оптический, выделенные каналы E1 и т. д. В случае монолитных и частично компонуемых внутренних блоков порты могут быть неотделимы от корпуса.
В инженерной практике, в отношении корпусов внутренних блоков РРС (и не только) достаточно распространены неофициальные выражения «корзина» и «шасси».
Теперь поговорим о радиоблоках. Как видно на Рисунках 1, 2 и 3 справа, радиоблоки крепятся к направленным параболическим антеннам через адаптор. Адаптор держит и антенну, и радиоблок. Он крепится на антенно-мачтовое сооружение при помощи трубостойки (обрезка круглой трубы). Адаптеры являются уникальными для каждого производителя РРС, как и форм-фактор сочленения радиоблока и антенны. Радиоблоки герметичны и имеют соответствующую защиту от внешних воздействий окружающей среды. На любом радиоблоке обязательно имеется ВЧ разъем N-типа (раньше некоторые производители оборудования могли и устанавливать разъемы TNC). Радиоблоки принимают информацию по коаксиальному кабелю от внутреннего блока и отправляют ее в эфир через антенну, и наоборот. Для одновременной двунаправленной передачи сигнала в РРЛ поддипазоны делятся на верхний и нижний. То есть имеет место быть разнесенная передача сигналов по частоте. Это деление физически реализуется в двух типах радиоблоков для одного поддиапазона. Для организации РРЛ, к примеру, нужно подготовить комплект из двух радиоблоков: «A High» и «A Low». В этом случае правильно будет сказать, что один радиоблок верхнего поддиапазона «A», а другой – нижнего поддиапазона «А». Геометрически, все радиоблоки уникальны для каждого производителя. Соответственно, радиоблоки разных производителей оборудования не совместимы между собой. Это же касается и внутренних блоков.
Про антенное хозяйство РРС и радиоблоки еще будет отдельный разговор. А пока достаточно уяснить, что круглые тарелочки и барабанчики, висящие на антенно-мачтовых сооружениях, и крышах домов, скорее всего являются направленными антеннами РРС. Правда, не всегда антенны РРС круглые.
Вернемся теперь к внешним РРС. Это РРС выполненная в виде радиоблока, в который интегрированы плата управления, блок питания и порты ввода-вывода. Модем тут уже не нужен. На таком радиоблоке имеется отдельный разъем питания напряжением постоянного тока. Производители часто снабжают такие РРС возможностью запитываться от кабелей витой пары Ethernet (PoE) в качестве альтернативы. Для стандартных диапазонов эти РРС производители выпускают в виде отдельной линейки оборудования (Рисунок 4).
РРС диапазонов 60 ГГц и 80 ГГц выпускаются исключительно во внешнем исполнении. Иногда даже в радиоблок антенну встраивают (РРС внешнего исполнения с интегрированной антенной).
Настало время поговорить о РРС внутреннего исполнения. В них все блоки РРС располагаются внутри специальных шкафов или стоек (Рисунок 5). Тут, как и в предыдущем случае, отсутствуют модемы. Приемопередатчики располагаются внутри стойки. Радиосигналы с (в) них распространяются по эллиптическому волноводу (или любому другому, в зависимости от рекомендаций производителя), проложенному вдоль антенно-мачтового сооружения непосредственно к антенне. Все дальнобойные РРС изготавливаются в формате внутреннего исполнения.
Попробуем теперь классифицировать РРЛ.
Тут все просто. РРЛ делятся по принципу физической организации на: точка-точка (point to point, PP) и точка-многоточка (point to multipoint, PMP).
Большинство РРЛ строятся по принципу точка-точка (Рисунок 6).
Когда господствовали канальные сети передачи данных, очень популярным решением у операторов сотовой связи, в городской черте, было использование РРЛ точка-многоточка (Рисунок 7).
На господствующей высоте располагалась базовая станция (БС) данного типа РРЛ. Приемо-передача осуществлялась при помощи секторной антенны с секторами 30°, 60° или 90°(в зависимости от потребностей оператора). В пределах сектора размещались терминальные станции (ТС), радиоблоки которых имели интегрированную направленную антенну. Сейчас РРЛ точка-многоточка еще используются для низкоскоростных каналов, но широкого применения у операторов не находят, так как уже не отвечают современным потребностям по дальности связи и пропускной способности передачи данных.
3. Производители РРС
Список производителей РРС достаточно широк. В нем есть как известные бренды, так и малоизвестные. Я приведу лишь некоторые из них: NEC, Huawei, Harris, Ericsson, RAD, Alvarion, E-Band, Intracom, SIAE… Существуют и отечественные производители, например «Микран» и «ДОК».
4. Анонс следующей статьи
В следующей статье вы узнаете…
Откуда пошло название «радиорелейные»? Исторический экскурс по РРС от нашего соотечественника. Исторический экскурс по РРС со стороны США. Кое-что о развитии РРС в Китае.
5. Заключение
Важно различать понятия РРС и РРЛ! До сих пор даже опытные связисты зачастую их путают! Нередко случается, что говорят об РРС, а подразумевают РРЛ, и наоборот. Важно учитывать конструктивные особенности конкретного типа РРС! Особенно это касается операторских баз данных (БД), где учитывается оборудование! Очень часто программисты БД не учитывают этих особенностей и возникают проблемы учета, которые накапливаются годами и даже десятилетиями! Кроме того, у нас принято заполнение баз данных сваливать на линейный персонал, хотя этим должны заниматься специально подготовленные люди (аналитики), отвечающие за корректность данных и их правильность. Такая «экономия» приводит к плачевным последствиям в виде хаоса и мусора в БД, неудобствам пользования, проблемам при проектировании и эксплуатации, и т. д. Для правильного выстраивания хозяйственных процессов всегда важно понимание сути вещей! Одно дело, когда РРС только появились! Но когда они уже существуют несколько десятилетий и на протяжении них развивались, а многие процессы так и остались на уровне того времени (когда они только появились), то становится как-то не смешно!
По сложившейся традиции, музой этой статьи провозглашается Александра Плат, за многочисленные таланты, некоторым из которых позавидовали бы кадровые разведчики!
