Телекомунікаційні системи та мережі. Том 1. Структура й основні функції.  /  Зміст  /  Розділ 4. Лінії зв’язку   /  Тема 4.11. Особливості радіоліній, радіорелейних і супутникових ліній зв’язку

Зміст:

4.11.11. Обґрунтування щодо вибору параметрів апаратури при проектуванні радіорелейних ліній

При проектуванні РРЛ визначається топологія та конфігурація лінії, кількість і протяжність інтервалів, схема розподілу каналів і стволів на всіх кінцевих, проміжних і вузлових станціях. Все це, а також такі системні характеристики, як вимоги щодо якості зв’язку, надійності, сталості й інші, безпосередньо пов’язані з вибором апаратури. При виборі апаратури радіорелейного зв’язку керуються такими критеріями:

  • відповідністю апаратури умовам експлуатації за температурними обмеженнями, стійкістю до дії гідрометеорів (дощ, сніг, іній, роса), за вітровими навантаженнями, габаритно-ваговими характеристиками, можливим віддаленням антени від апаратного приміщення;
  • надійністю, забезпеченням гарантійного і післягарантійного ремонту, ремонтоспроміжністю в умовах експлуатації;
  • відповідністю апаратури вимогам до системи телеобслуговування: можливість управління всією лінією з одного пункту, дистанційний контроль стану апаратури, якісних характеристик передачі інформації в реальному масштабі часу, пошук несправності, наявність службових і сервісних каналів;
  • наявністю вільного частотного ресурсу для РРЛ у заданому регіоні.

Вибираючи апаратуру, необхідно враховувати також реальну ситуацію з приводу електромагнітної сумісності радіозасобів, що працюють поблизу конкретної траси РРЛ. Більш зайнятими є «нижні» діапазони — 2 ГГц, 4 ГГц, 6 ГГц, 8 ГГц і меншою мірою діапазони 11 ГГц, 13 ГГц, 15 ГГц. Тому перед ухваленням остаточного рішення про вибір апаратури необхідно провести оцінку ЕМС, яка виконується виключно спеціалізованою організацією.

Подальший аналіз і вибір апаратури відповідно до названих вище критеріїв доцільно здійснювати на основі таких основних характеристик, які в сукупності досить повно відображають можливості обладнання:

  • обсяг і вид передаваної інформації;
  • частотний діапазон і можливість ефективного використання всієї відведеної смуги частот;
  • енергетичні характеристики станції;
  • надійність обладнання;
  • властивості системи телеобслуговування.

Додаткові сервісні функції:

  • вимоги до системи електроживлення.

Такі початкові характеристики багато в чому визначають вибір обладнання у процесі проектування. Системи, які ще розробляються, призначені, як правило, для передачі інформації тільки в цифровому вигляді. РРС для передачі телевізійних сигналів мають свою специфіку. Виходячи зі швидкості передачі інформації, цифрові РРЛ можна поділити на дві основні групи: низькошвидкісні та високошвидкісні.

Низькошвидкісні РРС. Подібні РРС розраховані на трафік до 16Е1 (або Е3).

Високошвидкісні РРС. Ці РРС на сьогодні створюються практично тільки на основі SDH-технології і мають швидкість передачі в одному стовбурі 155,52 Мбіт/с (STM-l). Є розробки РРЛ із швидкістю передачі 622,08 Мбіт/с в одному стовбурі.

Раніше до високошвидкісних відносили РРС для передачі потоків Е4 (тобто 139,254 Мбіт/с) у мережі PDH, але потребу в них можна вважати вичерпаною, і нові РРЛ будуються вже на базі SDH-технології, тобто зі швидкістю передачі 155,52 Мбіт/с, хоча і забезпечують можливість передачі 140 Мбіт/с.

Високошвидкісні РРЛ застосовуються для побудови магістральних і зонових ліній, а також для резервування ВОЛЗ, як радіовставки у ВОЛЗ на ділянках зі складним рельєфом, для сполучення ВОЛС (STM-4 або STM-16) з супутніми локальними цифровими мережами тощо.

Серед високошвидкісних РРС можна виділити дві групи, відмінні за призначенням, властивостями, конфігурацією конструкцією тощо.

По-перше, це багатостовбурні РРС, які розраховані на передачу до 6—7 потоків STM-1 по паралельних радіостовбурах, з яких 1 або 2 — резервні (конфігурація обладнання «3 + 1», «7 + 1» або 2 × (3 + 1)). Протяжність РРЛ, як правило, велика — сотні кілометрів і більше.

По-друге, РРС призначені для відгалужень від магістральних ліній, необхідних при створенні зонових мереж і дрібних локальних відомчих мереж, а також для передачі потоків STM-1 (155 Мбіт/с) в умовах великих міст. Для цих відгалужень, як правило, використовуються діапазони 7, 8, рідше 11 ГГц, а для зв’язку у великих містах — діапазони 15, 18, 23 ГГц.

За конфігурацією це зазвичай двостовбурні РРЛ на швидкість STM-1, один із стовбурів — резервний за схемою «1 + 1». Апаратура — компактна, малогабаритна; приймач-передавач (блок ODU — Outdoor Unit) розташований біля антени в пиловологозахищеному контейнері і з’єднується з «нижнім» обладнанням (блок IDU — Indoor Unit) одним або двома коаксіальними кабелями довжиною до 100—300 м.

До цієї групи високошвидкісних РРС, де використовується технологія SDH, можна віднести РРС зі швидкістю передачі інформації 51,84 Мбіт/с(SТМ-0), які іноді називають «середньошвидкісними». Вони спрощують реалізацію відгалужень від синхронних ліній передачі, дозволяють значно збільшити можливості побудови мереж SDH різної конфігурації, відгалужувати від ВОЛС або РРЛ інформацію до мереж доступу користувача, підключати до мереж SDH до 21 потоку Е1, а також потоків Е3.

До початкових параметрів при виборі обладнання, крім обсягу передаваної інформації, слід віднести також можливість побудови багатоінтервальних РРЛ. Окремі зразки РРС, особливо вітчизняних і російських, цілком відповідають організації одноінтервальних РРЛ, але часто не розраховані на побудову двох і більше інтервалів (за системою телеобслуговування, надійністю, якістю зв’язку тощо).

Швидкості передачі інформації в РРЛ тісно пов’язані з видом використовуваної технології, тому розглянемо докладніше специфіку і деякі тенденції застосування PDH і SDH в РРЛ.

Проблеми використання PDH у РРЛ. Головна проблема — це недостатня гнучкість технології. Технологія PDH є «найстарішою» і традиційною. Вона розвивається вже понад 20 років. Широко використовуються два стандарти — північноамериканські зі швидкістю передачі первинного потоку 1 544 кбіт/с і стандарт Європейської конференції адміністрації пошти і зв’язку (СЕПТ) зі швидкістю передачі первинного потоку 2 048 кбіт/с. Як відомо, вхідні потоки PDH незалежні. При об’єднанні чотирьох таких потоків їх швидкість V доводиться заздалегідь вирівнювати, додаючи додаткові біти і кодуючи дані про відмінність швидкостей, через це сумарна швидкість на декілька відсотків перевищує 4V. Для їх об’єднання використовують стафінг-метод.

На сьогодні використовується лише стандарт СЕПТ, згідно з яким двійковий потік утворюється асинхронним об’єднанням 4 потоків 2 048 кбіт/с (позначаються El) і має швидкість потоку 8 448 кбіт/с (позначається Е2). Трійковий потік Е3 має швидкість 34 368 кбіт/с і об’єднує 4 асинхронні потоки Е2. Найпотужніший — четвірковий потік Е4 має швидкість 139 264 кбіт/с і об’єднує 4 потоки Е3. (Скорочено ці швидкості передачі часто позначають як 2, 8, 34 і 140 Мбіт/с, маючи на увазі вказані вище округлені значення.)

У 80-ті роки ХХ ст. системи PDH поширювалися по всьому світу у зв’язку зі здешевленням цифрової мікроелектроніки (а отже, мультиплексорів), РРС і ВОЛЗ, які дозволили транспортувати потоки 140 Мбіт/с, еквівалентні 1 920 каналам 64 кбіт/с. З’явилися тенденції подальшого збільшення ємності потоків.

Однак у 90-х рр. ХХ ст. набула актуальності безпосередня передача даних, наприклад, зі швидкістю 64 кбіт/с (з протоколом Х.25) для забезпечення міжбанківських операцій. Виявилося, що до цього PDH не дуже пристосована.

Так, при зв’язку між телефонними вузлами PDH достатньо ефективно передавати великі потоки телефонних сигналів між ними, і мультиплексування (тобто «збірка» і «розбирання» телефонних сигналів) здійснюється лише на кінцевих пунктах. Коли є потреба зв’язати між собою декілька відділень банку, офіси тощо потоками 64 кбіт/с або 2 Мбіт/с, вводячи і виводячи їх у кожному пункті з групового потоку 140 Мбіт/с, то кожному користувачеві необхідно здійснювати трирівневе демультиплексування сигналу PDH (розкласти Е4 на чотири потоки Е3, потім потрібний потік Е3 — на 4 потоки Е2, потім один потік Е2 — на 4 потоки Е1). Після відгалуження абонентного потоку Е1 потрібно знову все виконати — в зворотному порядку — повну збірку сигналу Е4. За наявності багатьох таких користувачів мережа стає економічно невигідною.

Друга проблема технології PDH — явно недостатні можливості в організації службових каналів для контролю й управління потоком у мережі, майже повна відсутність засобів маршрутизації потоків нижчого рівня. Створюючи PDH, фахівці природно прагнули досягти економії в швидкості передачі, для чого зменшили до межі кількість додаткових бітів, що вводяться при асинхронному ущільненні потоків, резервні біти на розвиток мережного управління не були передбачені. Таким чином первинна перевага PDH перетворилася на недолік.

Останніми роками зазначені недоліки PDH частково виправляються за допомогою РРС.

По-перше, в РРС здійснюється трансформація швидкості: у структуру вхідних потоків вводяться додаткові біти, що дозволяють повністю розв’язувати всі завдання управління радіорелейною мережею, а також забезпечувати необхідне кодування й інші функції, що підвищують надійність зв’язку.

По-друге, в РРЛ використовується переважно одноразове мультиплексування: потоки ЕЗ отримують безпосередньо об’єднанням 16 потоків E1, минаючи формування Е2. Нове покоління РРЛ PDH безпосередньо стикується зі споживачами по стиках E1 (кількість стиків Е1 може бути до 16). Випуск мультиплексорів потоків Е4 практично припинився: подібні обсяги інформації стало зручніше передавати синхронними методами, в мережах SDH. Відзначимо, що системи з Е4 (на 1960 каналів ТЧ) не встигли знайти широкого застосування, але за кордоном в експлуатації перебуває ще велика кількість РРЛ такої ємності.

Нові РРС для PDH мають трафік, як правило, не більше Е3 (в одному стовбурі) й орієнтовані на передачу N потоків E1 (N < 16). При цьому РРС дозволили істотно розширити можливості і сфери застосування PDH, у тому числі для створення радіорелейних мереж широкого застосування і довільної конфігурації, але в рамках трафіка, що не перевищує Е3.

Використання SDH РРЛ. Швидкості та стандарти сигналів, принципи побудови SDH були затверджені ще в 1988 році, до цього здійснювалися тривалі пошуки оптимальних методів реалізації SDH. Основна проблема SDH (і взагалі будь-яких синхронних мереж) — необхідність жорсткої синхронізації цифрових сигналів, формованих різними джерелами інформації в рознесених пунктах мережі. Тривалий час ця вимога здавалася майже непереборною.

Перевага SDH — принципова можливість прямого доступу до будь-якого з сигналів (перевага принципу часового ущільнення), передаваних у складі групового потоку, минуючи процедури послідовного мультиплексування та демультиплексування.

Одне з початкових міркувань, що визначили вибір принципів SDH — необхідність поєднання майбутніх мереж SDH з існуючими мережами PDH, щоб інтегруватися з ними в єдині цифрові мережі. Цього вдалося досягти вибором як первинної для SDH-сигналу пакетної структури з груповою швидкістю передачі 155,52 Мбіт/с, унікальної за своїми можливостями. Кожний пакет («формат») триває 125 мкс, містить 2 430 байтів, з яких 81 байт утворює заголовок, що вміщує найрізноманітнішу службову, у тому числі й адресну інформацію. Такий пакет називається синхронним транспортним модулем 1-го рівня (позначають STM-1, Рекомендації G707, G708 МСЕ-Т). Структура STM-1 забезпечує стиковку SDH майже зі всіма існуючими в світі сигналами PDH і дозволяє створювати цифрові мережі будь-якої конфігурації.

Вторинний рівень SDH формується синхронною «упаковкою» 4 пакетів STM-1 у єдиний потік сигнал STM-4 — з груповою швидкістю 155,52 × 4 = 622,08 Мбіт/с.

Третинний рівень SDH — потік STM-16, формується синхронною збіркою 16 сигналів STM-1 або 4 сигналів STM-4; групова швидкість STM-16 дорівнює 16 × 155,52 = 2 488,32 Мбіт/с.

Передбачена також ще вища швидкість STM-64 = 4 × STM-16 = 64 STM-1, тобто 9 953,28 Мбіт/с. Пропонуються нові оптичні мультиплексори МО-16 для передачі по ВОЛЗ 16 потоків STM-16, тобто близько 40 Гбіт/с.

Із зазначених швидкостей у РРЛ використовуються STM-1, рідше STM-4. Потоки STM-4 і вище розраховані насамперед на ВОЛЗ.

Проте для РРЛ трафік, що забезпечується форматом STM-1, є часто зайвим, наприклад, коли потрібно відвести від магістральної лінії частину потоку інформації і передати його по РРЛ у місцеві, зонові або локальні мережі. Тому для передачі по РРЛ у SDH передбачений так званий «підсигнал STM-1» загальною швидкістю передачі 51,84 Мбіт/с, що дорівнює 1/3 від швидкості STM-1 (такий сигнал позначають іноді STM-0). Структура сигналу STM-0 дозволяє упаковувати в нього потоки PDH: один потік Е3, до 21 потоків E1, а також усі сигнали PDH варіанта США.

РРЛ з STM-0 — зручний міст, через який мережі PDH можуть підключатися до потужних ліній SDH (зокрема ВОЛЗ).

Використання сигналів SubSTM-1. Подальший розвиток засвідчив доцільність деякого збільшення швидкості при передачі STM-0 в РРЛ. Справа в тому, що при розподілі формату STM-1 на три частини (при форматуванні STM-0) обсяг заголовка також скорочується втричі (до 27 байтів). Змінюється структура цього заголовка, зменшується обсяг передаваної службової інформації, ускладнюється стикування по сигналах управління в мережі зв’язку. Тому разом з STM-0 часто передають без зміни весь заголовок пакета STM-1, що істотно спрощує розповсюдження єдиної системи управлінь мережі SDH аж до місць розміщення користувачів — джерел сигналів E1 та ін. При цьому швидкість передачі в РРЛ збільшується до 55,296 Мбіт/с, а сам такий сигнал, що несе повний заголовок від SТM-1, називають іноді SubSTM-1.