Capítulo VIII - Microondas - Características de los equipos de radio enlaces en microondas
0 recomendaciones•4,241 vistas
El documento describe las características de los equipos de radio enlaces en microondas. Explica que hay tres categorías de configuraciones: interior, dividida y todo exterior. También describe los diagramas de bloques de los equipos, incluyendo el proceso de multiplexación, modulación, demodulación, ecualización adaptativa y codificación adaptativa y modulación. Finalmente, explica las configuraciones de ramificación y diversidad usadas en los sistemas de radio enlaces.
Capítulo VIII - Microondas - Características de los equipos de radio enlaces en microondas
- 1. Características de los equipos de radio enlaces en microondas Capítulo 8 Ing. Marcial López Tafur [email protected] 2018-1
- 2. 2 Introducción • Es muy importante conocer como trabajan los sistemas de radio en bandas de microondas. • Las características de los equipos afectan dramáticamente el rendimiento total de la red. • Se toma como referencia los estándares de la UIT-R que definen los límites y los parámetros para los circuitos entre sus extremos.
- 3. Diagrama de bloques equipo de µO UNI - Sistemas de MW 3
- 4. UNI - Sistemas de MW 4
- 5. 5 Configuraciones • Hay tres categorías: – De interior (solo la antena y la guía de onda están fuera del alojamiento de los equipos) – Dividida (Splitt) parte en el interior (IDU), se sube en FI y el resto exterior (ODU – en la torre) – Todo externo, suben hacia el los cables que llevan y traen la data y el cable de energía, todo lo demás es externo (FODU)
- 6. UNI - Sistemas de MW 6 Equipo μO para interiores (indoor)
- 7. UNI - Sistemas de MW 7
- 8. 8 Bastidor del radio SDH - NEC 2000S
- 9. 9 • Se colocan en bastidores metálicos (racks) de en la sala donde se encuentran los equipos. • Sale la guía de onda que lo conecta a la antena montada en la torre. • De construcción modular (para facilitar su mantenimiento) • Adecuados para TX de alta potencia (rutas largas) y arreglos para ramificación de multi frecuencia, preferentemente entre 6 y 8 GHz. Equipos todo en el interior
- 11. 11
- 12. 12 ODU - Outdoor Unit 1+1/2+0 ODU 1+0 ODU 1+1/2+0 IDU 1+0 IDU IDU - Indoor Unit V/H pol. Configuraciones básicas
- 13. 13 • La banda base modula a nivel de FI (70, 140 y 210 MHz) la cual es enviada mediante cable coaxial de bajo costo a la unidad montada en la torre que consta del up-converter, la unidad amplificadora de potencia y la antena. • La energía puede ir en cable separado o por el mismo donde va al FI, así como las señales de monitoreo y en algunos casos se cuenta con un intercomunicador entre el ODU y el IDU para el alineamiento del enlace. • Se minimiza las pérdidas, ya que no se utiliza guía de onda.
- 14. 14
- 15. 15 Equipo μO para exteriores (FODU)
- 16. 16 • Aplicaciones en topología de red para estaciones base celular. • Antenas pequeñas, poca potencia • Para líneas T1 o E1 que son alimentadas directamente al equipo. • Ejemplo: sí hay un requerimiento para extender un circuito E1 a otra localización (p.e., una nueva BTS – 2G), sólo se requiere un cable multipar para transportar las señales de tráfico, alarma, administración y energía
- 17. Opciones TDM/Ethernet • El proceso exacto depende del tipo de sistema de radio de µO desplegado. • Como se mencionó antes, los enlaces de microondas necesitan transportar trafico de voz y data, a menudo presentado con interfaces TDM o Ethernet. • La industria tiene varias maneras de resolver este problema. 17
- 18. Radios Ethernet • La primera opción es desplegar una radio Ethernet donde el multiplexor soporta y procesa tramas Ethernet. • Cualquier tráfico TDM tiene que ser convertido en formato Ethernet vía un circuito de emulación, que es conocido como pseudo- wire. • Esto se muestra en la siguiente figura : 18
- 19. Diagrama de bloques de un radio Ethernet 19
- 20. • El beneficio de los radios Ethernet es que es muy eficiente para transportar tráfico de dispositivos que ya tienen interface Ethernet (tales como WiMAX o estaciones base 3G, 3.XG, o 4G); • Sin embargo, hay un significativo overhead añadido al tráfico TDM a través del proceso de seudo-wire. 20
- 21. Pseudo-Wire • Es un método para emular un servicio nativo tal como el TDM o ATM sobre una red conmutada de paquetes (PSN: packet- switched network) tales como IP, MPLS, o Ethernet. • Emula una ‘‘conexión transparente’’ para transportar servicios TDM/ATM. • El ETF llama al Pseudowire Emulation Edge para Edge (PWE3). 21
- 22. • Otros estándares pseudo-wire están definidos en el MEF y la UIT-T (Y.1413 y Y.1453). • Varios tipos de pseudo-wire existen, incluyendo: – TDM sobre IP (TDMoIP), – Emulación de circuitos sobre PSN (CESoPSN) – TDM estructurado sobre paquetes (SAToP). • El tráfico TDM debe estar paquetizado y luego encapsulado en razón de ser transmitido sobre la PSN. 22
- 23. • Una de las funciones del equipo que soporte procesos pseudo-wire es suavizar las variaciones del retardo de paquetes de salida (PDV: packet delay variation) o jitter para el retardo no tolerable en el tráfico TDM. • También tiene que manejar paquetes perdidos o paquetes que lleguen fuera de secuencia. • Finalmente, debe manejar el clock recovery y la sincronización 23
- 24. Radios TDM • La segunda opción es un radio TDM tradicional donde el multiplexor soporta y procesa tramas TDM. • En este caso el tráfico Ethernet necesita ser convertido a TDM; se hace por encapsulación de la señal de datos Ethernet dentro del TDM y luego mapeado dentro del canal TDM. • Esto se muestra en la siguiente figura: 24
- 25. • Es el mejor enfoque para circuitos TDM. • Sin embargo, no es eficiente para el tráfico Ethernet, el proceso de encapsulación añade overhead. 25 Radio TDM
- 26. Radios híbridos • La última opción es donde el equipo transporte una mezcla de tráficos TDM y Ethernet. • Algunos canales TDM manejan tráfico TDM y el resto de la capacidad es usado para el Ethernet. • En algunos radios todo el tráfico es mapeado dentro de los circuitos y las capas de conmutación son usadas para transportar eficientemente el tráfico a través del enlace sin encapsulación. 26
- 27. • Resulta en el más eficiente uso del ancho de banda pero el compromiso es a costa de la complicación de hacer el planeamiento del IP dentro del mismo radio. 27 Radio híbrido
- 28. 28 • La información (voz o data) es alimentado al multiplexor primario donde se convierte en una señal digital de 64 Kbps y multiplexado dentro de una señal E1 (ó T1). • Esta señal es convertida a la capacidad final de transmisión (E3, STM-1, etc.) en un multiplexor secundario. • La señal de banda base modula a la portadora y se alimenta a la antena para transmitirla. • En la recepción es el proceso inverso.
- 29. 29 El multiplexor primario • Muestreo • Cuantización • Compansión • Codificación • Multiplexación de tiempo • Equipo Multiplexor primario
- 30. 30 Señal muestreadora Señal muestreadora
- 31. 31 Curva de Compansión Ley A Ley A 128 112 96 80 64 48 32 16 Amplitud de entrada 0 32 64 128 256 512 1024 2046 Niveles de Cuantización
- 32. 32 Multiplexación de tiempo • El proceso final es cronometrar de manera múltiple las señales de una trama. 1 1 125 μs 8000 T f • La duración de cada pulso es 3.9 µs, por lo tanto es posible transmitir muestras de otros canales en el intervalo de tiempo entre varias muestra.
- 33. 33 • Se pueden transmitir hasta 32 muestras (125/3.9) que pueden ser intercaladas en ese tiempo. • E0 ó T0 (DS-0) igual a 64 Kbps. • Una trama con 32 intervalos tiene un bit rate de 2048 Kbps, solo 30 están disponibles, el intervalo 0 es usado para sincronización de la trama y el 16 para señalización, esta señal es conocida como E1 • En USA se emplea el T1 equivalente a 1.544 Mbps (DS-1 ó Digital Signal nivel 1).
- 34. 34 Muldem ( Multiplexing Secundario y Servicio) • Multiplexación y Demultiplexación • Canales de Cabecera – Canales de Datos y Supervisión – Engineering Order Wire – Corrección de error en adelanto (Forward Error Correction – FEC–) – Canales Laterales (Wayside) • Filtro de banda base
- 35. 35 Diagrama de Bloques de la sección Muldem de un Sistema de Radio
- 36. 36 Curva típica del FEC mostrando mejora en el sistema 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Sin FEC Con FEC Mejora en la sensibilidad (dB) 1.00E-01 1.00E-02 1.00E-03 1.00E-04 1.00E-05 1.00E-06 1.00E-07 1.00E-08 1.00E-09 1.00E-10 BER
- 37. 37 MULDEM = Multiplexor/Demultiplexor • Tipos de Modulación (@Set 2015) – PSK (BPSK, QPSK, 8PSK) – QAM (16, 64, 128, 256, nQAM) – APSK (16, 32 y 64 APSK) • Ejemplo: El SDH usa 128QAM lo que permite ajustar un bit rate de 155 Mbps en un ancho de banda de 28 MHz • Demodulación: según el modulador, emplean ecualización adaptiva.
- 38. 38 00 01 10 11 Diagrama de Constelación QAM
- 39. 39 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 Diagrama de constelación de 16QAM
- 41. UNI - Sistemas de MW 41
- 42. 42 Modulacion de bits en nPSK • El tipo de modulación de fase dependerá del área de aplicación, (QPSK, 8PSK, 16APSK o 32APSK). • Para la modulación de cada bloque de información se debe obtener una secuencia de entrada y una secuencia de salida. • Obteniendo como resultado una forma vectorial compleja (I,Q) donde I es el componente en fase y Q la cuadratura; el equivalente en formato ρ exp (j), donde: ρ es el módulo del vector y su fase . j
- 43. 43 Modulación de bits en QPSK
- 44. 44 Modulación de bits en 8PSK
- 45. 45 Modulación de bits en 16APSK
- 46. 46 Modulación de bits en 32APSK
- 47. Eficiencias espectrales teóricas. Esquema de Modulación Eficiencia espectral Bits/s/Hz RF Bandwidth Para una señal de 140-Mbps 4 PSK 16 QAM 64 QAM 128 QAM 256 QAM 2 4 6 7 10 70 MHz 35 MHz 23 MHz 20 MHz 14 MHz 47
- 48. Tipos de demoduladores • Demoduladores: detectores de envolvente y del tipo coherente. • Los detectores de envolvente usan simples diodo detectores para extraer la envolvente de la señal. • Para los sistemas basado en la fase, tales como el PSK o QAM, no hay variación de la envolvente; por tanto, la demodulación coherente (sincrónica) es necesaria. 48
- 49. • En este método la señal portadora modulada entrante es mezclada con una réplica exacta (en fase y frecuencia) de la portadora de FI. • Un filtro pasabajo es luego usado para recuperar la señal de banda base original. • La réplica requerida de la portadora es generada usando un lazo tipo Costas, el cual usa un PLL (Phase Locked Loop) para estabilizar la frecuencia de la portadora extraída de la señal de RF entrante, convertida a FI. 49
- 50. • Además de esta señal de FI recuperada, una señal de reloj de banda base es recuperada del proceso de demodulación. • Este tipo de demodulador es más costoso debido a su complejidad de alcanzar el sincronismo en la fase, resultando en una mejora en el umbral del receptor. 50
- 52. Codificación adaptiva y modulación (ACM) 52 Rendimientodedatos Tiempo
- 53. UNI - Sistemas de MW 53
- 54. Reducción del umbral con incremento del esquema de modulación. 54
- 55. 55
- 56. 56 Diagrama de Bloques de un Transceiver Básico • Transmisor • Receptor • Ambos son sintetizados, el TX usan VCO y circuitos de AGC, en el RX se baja la RF a una FI antes de la demodulación del circuito de AGC se toma lectura para el nivel de señal recibida.
- 57. 57
- 58. 58 Circuladores y Filtros • La misma antena es usada para TX y RX. • Se emplean circuladores y filtros (duplexores) • Es importante entender el nivel de pérdidas por la ramificación e incluirlos en los cálculos. • No será posible predecir exactamente el nivel de recepción esperada sí las pérdidas por la ramificación no se incluyen.
- 59. 59 Configuración 1+ 0 (Con duplexor en ramificación)
- 60. 60 Diagrama de Bloques de ramificación HSB
- 61. 61 Diagrama de Bloques de ramificación FD (Diversidad de Frecuencia)
- 62. 62 Diagrama de bloques de ramificación
- 63. 63 Diagrama de Bloques de ramificación SD
- 64. 64
- 65. UNI - Sistemas de MW 65
- 66. UNI - Sistemas de MW 66
- 67. UNI - Sistemas de MW 67
- 68. UNI - Sistemas de MW 68
- 69. UNI - Sistemas de MW 69
- 70. 70
- 71. 71 Diagrama de bloques de diversidad de híbridos con tres antenas
- 72. 72 Diagrama de bloques de diversidad de Espacio con cuatro receptores
- 73. 73 Diagrama de bloques de diversidad de Espacio con cuatro receptores
- 74. 74 Operación del control automático de potencia (ATPC) EXTRACTOR RFCOH -Velocidad de seguimiento 100 db/seg -RANGO DINAMICO DEL FET AMP -13 A +2 db REGULADO POR VOLTAJE PRODUCIDO POR EL FET PS. -DE ACUERDO A LA SEÑAL DE CONTROL RECIBIDA, EL ATPC MANTIENE CONSTANTE , INCREMENTA O DISMINUYE LA POTENCIA DE TX EN PASOS DE 1dB DE ACUERDO AL NIVEL DE RX EN EL OTRO EXTREMO. TX ATPC MOD D TX 5 BITS DE CONTROL TX ALM DEM ATPC RFCOH INS ACL DEMMOD ACL AL LCT AL LCT RX RX NIVEL RX D F ASINC ALM F ASINC ALM SEÑAL DE CONTROL REMOTO ATPC SE ENVIA DESDE EL LCT A TRAVEZ DEL ACL
- 75. 75 Estación Terminal Back to back Configuración 1+1 A PROVINCIAS TX DEM DEM TX MOD RX MOD RX TX DEM DEM TX RX RX BASTIDOR BBASTIDOR A WAY SIDE WAY SIDE 4 * 2 MB/S 140/150 140/150 140/150 140/150 MOD MOD A LIMA
- 76. 76 Configuración del Sistema de Protección 1+1 TX SW MOD TX DEM RX DIST SW SYNC SW INTERFACE 140/150 REGULAR 1 SW PROT SYNC SW INTERFACE 140/150 PROTECCION MOD TX DEM RX TR_DIST PERDIDA DE SINCRONISMO ALTA TASA DE ERRORES SW PROT CONTROL RESPUESTA DE CONTROL INFORME DE SINCRONIZACION CONTROL DE CONMUTACION LAS SEÑALES DE CONMUTACION VIAJAN POR LA TRAMA DE RADIO (RFCOH) INSERTADOS Y DERIVADOS EN EL MOD Y DEM RESPECTIVAMENTE
- 77. 77 Estación Terminal Terminal Configuración 3+1 TX SW MOD TX DEM RX DIST SW PROCESADORA DE SWITCHING SYNC SW INTERFACE 140/150 REGULAR 1 SYNC SW INTERFACE 140/150 REGULAR 2 SYNC SW INTERFACE 140/150 REGULAR 3 SYNC SW INTERFACE 140/150 PROTECCION MOD TX DEM RX MOD TX DEM RX MOD TX DEM RX TR_DIST
- 78. 78 Estación Repetidora Regenerativa Configuración 1+1 RX TX TX TX RX RX BASTIDOR A 8 *19.44 MB/S RX CONN CARD CONN CARD MOD CONN CARD CONN CARD TX A LIMA BASTIDOR B 8 *19.44 MB/S E1 DCCr F1 B1 OH INTFC OH INTFC MOD DEM DEMMOD MOD DEM DEM E1 DCCr F1 B1
- 79. 79 Estación Repetidora Regenerativa Configuración 1+1 RX TX TX TX RX RX BASTIDOR A 8 *19.44 MB/S RX CONN CARD CONN CARD DEM MOD CONN CARD CONN CARD TX A LIMA BASTIDOR B 8 *19.44 MB/S DEM 4 *2 MB/S WAY SIDE 4 *2 MB/S WAY SIDE MOD DEM DEMMOD MOD
- 80. 80 Sistemas antireflectivos • Se refiere a la técnica de arreglos de antenas para reducir los efectos del desvanecimiento por multi- trayectos. • Si dos antenas idénticas son usadas en la cual uno (o ambos) son sitios de recepción y transmisión, ellos pueden ser arreglados tal que el patrón de radiación resultante tenga un nulo en la dirección del punto de reflexión. • Además, este arreglo de antenas da una ganancia extra de 3dB hacia los rayos directos.
- 81. 81
- 82. 82 Limitaciones de sistema antireflectivo • Cambios en el factor k cambiarán el ángulo entre el rayo directo y reflejado. • Puede haber movimiento de la antena debido al viento. • Los cambios de temperatura afectan la longitud de los alimentadores. • No deben ser usados para bajos valores de α
- 83. 83 Sistema de Energía Eléctrica • Rango de Voltaje de Entrada • Consumo de Potencia • Compatibilidad Electromagnética • Certificación de los Equipos • Sistema de tierra • Sistema de energía de emergencia • Sistema de protección eléctrica
- 84. UNI - Sistemas de MW
- 85. • Form factor: Split mount solution • Capacity: up to 366 Mbps • Configuration:1+0, 1+1 • Channel Bandwidth: 7 – 28; (7 - 56) • Modulations: QPSK, 16APSK, 32APSK, 64QAM, 128QAM, 256QAM • Interfaces: 4 x 1000Base-T RJ-45; 20 E1/T1 RJ-45 • Traffic: Ethernet + E1/T1 • Frequency bands: 6, 7, 8 , 10 , 11, 13, 15, 18, 23, 26, 24UL, 38 GHz • Power consumption: 20-30W Ejemplo equipo comercial: CFIP PhoeniX Main Features
- 86. CFIP PhoeniX IDU Interfaces Management port (RS-232 interface) 20 E1/T1 channel ports N-Type female to ODUDC port Alarm LEDs EOW interface Auxiliary alarm interface 4x1000Base-T user data and management ports Extension port Grounding screw
- 87. CFIP PhoeniX highlights • Ideal for building hybrid TDM / IP networks • Industrial grade fanless design increases reliability and enables low power consumption • Excellent upgrade for existing PDH split mount systems • Most up-to-date technology utilizing 256QAM modulation and 56MHz channel • Up to 4093 concurrent VLAN traffic • Jumbo frame size supports 9728 bytes
- 88. CFIP PhoeniX ODU • Compact unit, 288 x 288 x 80mm, (3.5kg ) • 3 handles for user convenience • Safe and easy to use 4 side locking arrangement • All connectors on the side of the unit, always at 450 to vertical for both V and H polarization • Standard UBR flange for antenna • N-Type connector for IDU-ODU cable • BNC connector for RSSI level Interfaces
- 89. Modem Channel Bandwidth (MHz) 7 – 28; (7 - 56) Modulation QPSK – 256QAM Capacity (Mbps) 8 - 366 Supported ODUs CFIP ODU; CFQ ODU (SB, WB) Applications Configuration 1+0, 1+1 Protection switching Hot stand-by (hitless, errorless; Active Tx <50ms), Space/Frequency diversity Ports Ethernet 4x1000Base-T RJ-45 E1/T1 20 E1/T1 RJ-45 Serial port for configuration RS-232, DB-9 connector Alarm port 4 digital inputs, 4 relay outputs (26 pin hi-density D-SUB) ODU port N-Type Female EOW port 3.5mm headset and mic, 64 Kbps Extension/protection port RJ-45 CFIP PhoeniX technical specification
- 90. CFIP PhoeniX ODU Rx Sensitivity and capacity • ACM allows hitless switching between modulations within given channel bandwidth (see table) • ATPC (Automatic Transmitter Power Control) for increased deployment density capability • Very high flexibility allows to configure the system to various channel bandwidths, modulation scheme and capacity settings CFIP ODU Tx Power Modulation Standard/High Tx Power, dBm 6, 7, 8 GHz 10, 11, 13, 15 GHz 18, 23, 26 GHz 24 GHz 38 GHz QPSK +19 / +27 +19 / +25 +19 -30 to +3 +17 16APSK +18 / +26 +18 / +24 +18 -30 to +2 +16 32APSK +17 / +25 +17 / +23 +17 -30 to +1 +15 64QAM +15 / +23 +15 / +21 +15 -30 to -1 +13 128QAM +15 / +23 +15 / +21 +15 -30 to -1 +12 256QAM +12 / +20 +12 / +17 +12 -30 to -4 +10
- 91. CFIP PhoeniX Ethernet Features • Max frame size, Bytes up to 9728 Bytes • MAC address learning 8K MAC addresses • QoS 4 level DiffServ or 8 level 802.1p 4 prioritization queues with VLAN advanced traffic policing/rate-limiting Flexible scheduling schemes (SP/WRR) RFC 1349 - IPv4 TOS RFC 2474 - IPv4 DSCP • CoS, 802.1p: Yes, per interface CoS (8 CoS served by 4 queues) • Performance monitoring: Per port Ethernet counters; Enhanced radio Ethernet statistics (Frame Error Rate, Throughput, Capacity • Flow Control, 802.3x: Yes • VLAN support, 802.1q: Yes, up to 4094 concurrent traffic VLANs • Spanning Tree: 802.1d-1998 STP
- 92. Adaptive Coding and Modulation (ACM) • Hitless ACM • improves link utilization • maintains the highest link spectral efficiency • possible at any given time in any link condition • Multiple QoS priorities increase the availability • Increased link distance ACM bandwidth capacity adaptation Full modulation range: 256QAM, 128QAM, 64QAM, 32APSK, 16APSK, QPSK
- 93. CFIP PhoeniX 1+0 configuration • Basic split-mount 1+0 system with up to 20E1/T1 or up to 366 Mbps Ethernet
- 94. CFIP PhoeniX 1+1 Hot Stand-by (HSB) • HSB protected (1+1) configuration is used with single antenna and a coupler • 1+1 configuration protects modem and radio for failing • Hitless, errorless switchover (Tx switching <50ms) • The same scheme as frequency diversity MasterMaster Slave Slave GigE, E1 GigE, E1
- 95. CFIP PhoeniX 1+1 Space Diversity • In Space Diversity mode antennas are located 10-12 meters apart hence allows avoiding frequency selective fading - multipath (e.g. reflection over water, air refraction, etc.) • Hitless, errorless switching MasterMaster Slave Slave GigE, E1GigE, E1
- 96. Muchas gracias por su atención