تقنية وصلة الميكروويف

 

مقدمة في الميكروويف

 

مثال على تركيب وصلة ميكروويف خالية من الكابلات

الميكروويف عبارة عن تقنية اتصالات لاسلكية لخط البصر تستخدم حزمًا عالية التردد من موجات الراديو لتوفير اتصالات لاسلكية عالية السرعة يمكنها إرسال واستقبال الصوت والفيديو ومعلومات البيانات.

تستخدم وصلات الموجات الصغرية على نطاق واسع للاتصالات من نقطة إلى نقطة لأن طولها الموجي الصغير يسمح للهوائيات ذات الحجم المناسب بتوجيهها في حزم ضيقة ، والتي يمكن توجيهها مباشرة إلى هوائي الاستقبال. يسمح هذا لمعدات الميكروويف القريبة باستخدام نفس الترددات دون التداخل مع بعضها البعض ، كما تفعل موجات الراديو ذات التردد المنخفض. ميزة أخرى هي أن التردد العالي لأفران الميكروويف يمنح نطاق الميكروويف قدرة كبيرة جدًا على نقل المعلومات ؛ النطاق الترددي الميكروويف لديه 30 ضعف عرض النطاق الترددي بقية الطيف الراديوي تحته.

يشيع استخدام الإرسال اللاسلكي بالموجات الدقيقة في أنظمة الاتصال من نقطة إلى نقطة على سطح الأرض ، وفي الاتصالات عبر الأقمار الصناعية ، وفي الاتصالات اللاسلكية في الفضاء السحيق. تُستخدم أجزاء أخرى من النطاق الراديوي الميكروي للرادارات وأنظمة الملاحة الراديوية وأنظمة الاستشعار وعلم الفلك الراديوي.

الجزء الأعلى من الطيف الكهرومغناطيسي الراديوي بترددات أعلى من 30 جيجاهرتز وأقل من 100 جيجاهرتز ، تسمى "الموجات المليمترية" لأن أطوالها الموجية تقاس بسهولة بالمليمترات ، وتتراوح أطوالها الموجية من 10 مم إلى 3.0 مم. عادةً ما يتم إضعاف موجات الراديو في هذا النطاق بشدة بفعل الغلاف الجوي الأرضي والجسيمات الموجودة فيه ، خاصة أثناء الطقس الرطب. أيضًا ، في نطاق واسع من الترددات حول 60 جيجاهرتز ، يتم إضعاف موجات الراديو بشدة بواسطة الأكسجين الجزيئي في الغلاف الجوي. تعد التقنيات الإلكترونية المطلوبة في نطاق الموجات المليمترية أيضًا أكثر تعقيدًا وأصعب في التصنيع من تلك الموجودة في نطاق الموجات الدقيقة ، وبالتالي فإن تكلفة أجهزة الراديو ذات الموجة المليمترية أعلى بشكل عام.

تاريخ اتصالات الميكروويف
تنبأ جيمس كليرك ماكسويل ، باستخدام معادلاته الشهيرة "معادلات ماكسويل" ، بوجود موجات كهرومغناطيسية غير مرئية ، والتي تعد الموجات الدقيقة جزءًا منها ، في عام 1865. وفي عام 1888 ، أصبح هاينريش هيرتز أول من أثبت وجود مثل هذه الموجات من خلال بناء جهاز إنتاج واكتشاف الموجات الدقيقة في منطقة الترددات الفائقة. أدرك هيرتز أن نتائج تجربته أثبتت صحة تنبؤات ماكسويل ، لكنه لم ير أي تطبيقات عملية لهذه الموجات غير المرئية. أدى العمل في وقت لاحق من قبل الآخرين إلى اختراع الاتصالات اللاسلكية ، القائمة على الموجات الدقيقة. من بين المساهمين في هذا العمل نيكولا تيسلا ، وجولييلمو ماركوني ، وصمويل مورس ، والسير ويليام طومسون (لاحقًا اللورد كلفن) ، وأوليفر هيفيسايد ، واللورد رايلي ، وأوليفر لودج.

وصلة ميكروويف فوق القناة الإنجليزية ، 1931

في عام 1931 ، أظهر كونسورتيوم أمريكي فرنسي رابطًا تجريبيًا لترحيل الميكروويف عبر القناة الإنجليزية باستخدام 10 أقدام (3 أمتار) من الأطباق ، وهو أحد أقدم أنظمة اتصالات الميكروويف. تم إرسال بيانات الهاتف والتلغراف والفاكس عبر حزم 1.7 جيجاهرتز و 40 ميلاً بين دوفر بالمملكة المتحدة وكاليه ، فرنسا. ومع ذلك ، لم تستطع منافسة أسعار الكابلات البحرية الرخيصة ، ولم يتم بناء نظام تجاري مخطط له.

خلال الخمسينيات من القرن الماضي ، نما نظام AT&T Long Lines لوصلات الترحيل الميكروويف ليحمل غالبية حركة الهاتف لمسافات طويلة في الولايات المتحدة ، بالإضافة إلى إشارات شبكة التلفزيون العابرة للقارات. أطلق على النموذج الأولي اسم TDX وتم اختباره من خلال اتصال بين مدينة نيويورك وموراي هيل ، موقع مختبرات بيل عام 1950. تم إنشاء نظام TDX بين نيويورك وبوسطن في عام 1946.

وصلات ميكروويف تجارية حديثة
برج اتصالات الميكروويف CableFree

برج اتصالات الميكروويف

رابط الميكروويف هو نظام اتصالات يستخدم حزمة من موجات الراديو في نطاق تردد الميكروويف لنقل الفيديو أو الصوت أو البيانات بين موقعين ، والتي يمكن أن تكون من بضعة أقدام أو أمتار إلى عدة أميال أو كيلومترات. يمكن مشاهدة أمثلة على روابط الميكروويف التجارية من CableFree هنا. يمكن أن تحمل روابط الموجات الدقيقة الحديثة ما يصل إلى 400 ميجابت في الثانية في قناة 56 ميجاهرتز باستخدام تعديل 256QAM وتقنيات ضغط رأس IP. يتم تحديد مسافات التشغيل لوصلات الميكروويف حسب حجم الهوائي (الكسب) ونطاق التردد وسعة الوصلة. يعد توفر خط الرؤية الواضح أمرًا ضروريًا لوصلات الميكروويف التي يجب السماح بانحناء الأرض لها

كيبل فري FOR2 ميكروويف 400 ميجا بايت في الثانية

تستخدم وصلات الموجات الصغرية بشكل شائع من قبل المذيعين التلفزيونيين لنقل البرامج عبر بلد ما ، على سبيل المثال ، أو من بث خارجي إلى الاستوديو. يمكن تركيب الوحدات المحمولة بالكاميرا ، مما يتيح للكاميرات حرية التنقل دون الحاجة إلى سحب الكابلات. غالبًا ما يتم رؤيتها على خطوط التلامس في الملاعب الرياضية على أنظمة Steadicam.

تخطيط وصلات الميكروويف
● يجب التخطيط لوصلات الموجات الدقيقة بدون كابل مع مراعاة المعلمات التالية:
● المسافة المطلوبة (كم / ميل) والقدرة (ميغابت في الثانية)
● هدف التوفر المرغوب (٪) للارتباط
● توافر خط الرؤية الواضح (LOS) بين العقد الطرفية
● الأبراج أو الصواري إذا لزم الأمر لتحقيق LOS واضح
● نطاقات التردد المسموح بها الخاصة بالمنطقة / البلد
● القيود البيئية ، بما في ذلك الخبو الناجم عن المطر
● تكلفة التراخيص لنطاقات التردد المطلوبة
 
 

نطاقات تردد الميكروويف

غالبًا ما يتم تقسيم إشارات الميكروويف إلى ثلاث فئات:

التردد الفائق (UHF) (0.3-3 جيجاهرتز) ؛
التردد العالي الفائق (SHF) (3-30 جيجاهرتز) ؛ و
تردد عالي للغاية (EHF) (30-300 جيجاهرتز).
بالإضافة إلى ذلك ، يتم تحديد نطاقات تردد الميكروويف بأحرف محددة. وترد أدناه التسميات من قبل جمعية الإذاعة لبريطانيا العظمى.
نطاقات تردد الميكروويف
نطاق تردد التعيين
● نطاق L من 1 إلى 2 جيجاهرتز
● S band 2 إلى 4 جيجا هرتز
● النطاق C 4 إلى 8 جيجا هرتز
● النطاق X 8 إلى 12 جيجا هرتز
● Ku band 12 إلى 18 جيجا هرتز
● K band 18 إلى 26.5 جيجا هرتز
نطاق Ka 26.5 إلى 40 جيجا هرتز
● Q band 30 إلى 50 جيجا هرتز
● نطاق U 40 إلى 60 جيجا هرتز
● النطاق الخامس 50 إلى 75 جيجاهرتز
● النطاق E 60 إلى 90 جيجاهرتز
● نطاق W 75 إلى 110 جيجا هرتز
● نطاق F من 90 إلى 140 جيجاهرتز
● النطاق D 110 إلى 170 جيجا هرتز

يستخدم المصطلح "P band" أحيانًا للترددات الفائقة فوق النطاق L-band. للحصول على تعريفات أخرى ، راجع تعيينات الحروف لنطاقات الميكروويف

تُستخدم ترددات الموجات الصغرية المنخفضة للوصلات الأطول والمناطق ذات الخبو الناعم بسبب المطر. وعلى العكس من ذلك ، تُستخدم ترددات أعلى للوصلات الأقصر والمناطق ذات الخبو الناعم بسبب المطر.

تتلاشى الأمطار على وصلات الميكروويف

يشير خبو المطر لوصلة الميكروويف في المقام الأول إلى امتصاص إشارة تردد الراديو بالموجات الدقيقة (RF) من خلال المطر الجوي أو الثلج أو الجليد ، والخسائر التي تسود بشكل خاص عند الترددات فوق 11 جيجاهرتز. يشير أيضًا إلى تدهور الإشارة الناتج عن التداخل الكهرومغناطيسي للحافة الأمامية لجبهة العاصفة. يمكن أن يحدث خبو المطر بسبب هطول الأمطار في موقع الوصلة الصاعدة أو الهابطة. ومع ذلك ، ليس من الضروري أن تمطر في مكان ما حتى تتأثر بتلاشي المطر ، حيث قد تمر الإشارة عبر هطول الأمطار على بعد أميال عديدة ، خاصة إذا كان طبق القمر الصناعي ذو زاوية نظر منخفضة. من 5 إلى 20 في المائة من الخبو الناجم عن المطر أو توهين إشارة الساتل قد يكون ناتجًا أيضًا عن المطر أو الثلج أو الجليد على عاكس هوائي الوصلة الصاعدة أو الهابطة أو رادوم أو بوق التغذية. لا يقتصر الخبو الناجم عن المطر على الوصلات الصاعدة أو الوصلات الهابطة الساتلية ، بل يمكن أن يؤثر أيضًا على وصلات الموجات الصغرية من نقطة إلى نقطة (تلك الموجودة على سطح الأرض).

ومن الطرق الممكنة للتغلب على آثار الخبو الناجم عن المطر تنوع الموقع ، والتحكم في قدرة الوصلة الصاعدة ، والتشفير بمعدل متغير ، وهوائيات الاستقبال أكبر (أي كسب أعلى) من الحجم المطلوب لظروف الطقس العادية ، والطبقات المقاومة للماء.

التنوع في روابط الميكروويف
 

مثال على وصلة ميكروويف غير محمية 1 + 0

في الوصلات الأرضية بالموجات الصغرية ، يشير مخطط التنوع إلى طريقة لتحسين موثوقية إشارة الرسالة باستخدام قناتين أو أكثر من قنوات الاتصال بخصائص مختلفة. يلعب التنوع دورًا مهمًا في مكافحة الخبو والتداخل في نفس القناة وتجنب رشقات الأخطاء. ويستند إلى حقيقة أن القنوات الفردية تواجه مستويات مختلفة من الخبو والتداخل. يمكن إرسال إصدارات متعددة من نفس الإشارة و / أو استقبالها ودمجها في جهاز الاستقبال. وبدلاً من ذلك ، يمكن إضافة شفرة إعادة توجيه لتصحيح الخطأ وإرسال أجزاء مختلفة من الرسالة عبر قنوات مختلفة. قد تستغل تقنيات التنوع الانتشار متعدد المسارات ، مما يؤدي إلى كسب تنوع ، غالبًا ما يتم قياسه بشكل غير قابل للضبط.

تعتبر الفئات التالية من مخططات التنوع نموذجية في وصلات الموجات الدقيقة الأرضية:
● غير محمية: يتم تصنيف وصلات الميكروويف حيث لا يوجد تنوع أو حماية على أنها غير محمية وأيضًا على أنها 1 + 0. هناك مجموعة واحدة من المعدات مثبتة ، ولا تنوع أو نسخ احتياطي
● وضع الاستعداد السريع: يتم تركيب مجموعتين من أجهزة الميكروويف (وحدات ODU أو أجهزة الراديو النشطة) متصلة بشكل عام بنفس الهوائي ، ويتم ضبطها على نفس قناة التردد. أحدهما هو "إيقاف التشغيل" أو في وضع الاستعداد ، مع تنشيط جهاز الاستقبال بشكل عام ولكن كتم صوت جهاز الإرسال. في حالة فشل الوحدة النشطة ، يتم إيقاف تشغيلها ويتم تنشيط وحدة الاستعداد. يتم اختصار Hot Standby كـ HSB ، وغالبًا ما يتم استخدامه في تكوينات 1 + 1 (واحد نشط ، واحد في وضع الاستعداد).
● تنوع التردد: تُرسل الإشارة باستخدام عدة قنوات تردد أو تنتشر عبر طيف واسع يتأثر بالخبو الانتقائي للتردد. غالبًا ما تستخدم روابط الراديو بالموجات الصغرية عدة قنوات راديو نشطة بالإضافة إلى قناة حماية واحدة للاستخدام التلقائي من قبل أي قناة باهتة. يُعرف هذا باسم الحماية N + 1
● التنوع المكاني: تُرسل الإشارة عبر عدة مسيرات انتشار مختلفة. في حالة النقل السلكي ، يمكن تحقيق ذلك عن طريق الإرسال عبر أسلاك متعددة. في حالة الإرسال اللاسلكي ، يمكن تحقيق ذلك عن طريق تنوع الهوائي باستخدام هوائيات إرسال متعددة (تنوع الإرسال) و / أو هوائيات استقبال متعددة (تنوع الاستقبال).
● تنوع الاستقطاب: يتم إرسال واستقبال نسخ متعددة من الإشارة عبر هوائيات ذات استقطاب مختلف. يتم تطبيق تقنية تجميع متنوعة على جانب المستقبل.

مسار متنوع مرن تجاوز الفشل

في أنظمة الموجات الصغرية من نقطة إلى نقطة التي تتراوح من 11 جيجاهرتز إلى 80 جيجاهرتز ، يمكن تثبيت رابط احتياطي موازٍ جنبًا إلى جنب مع اتصال عرض نطاق أعلى يتلاشى فيه المطر. في هذا الترتيب ، يمكن حساب وصلة أولية مثل جسر ميكروويف ثنائي الاتجاه بسرعة 80 جيجاهرتز بسرعة 1 جيجاهرتز بحيث يكون لها معدل إتاحة بنسبة 99.9٪ خلال فترة عام واحد. يعني معدل التوافر المحسوب بنسبة 99.9 ٪ أن الرابط قد يكون معطلاً لمجموع تراكمي يبلغ عشر ساعات أو أكثر سنويًا مع مرور قمم عواصف المطر فوق المنطقة. يمكن تثبيت رابط ثانوي منخفض النطاق مثل جسر بسرعة 5.8 ميجابت / ثانية على أساس 100 جيجاهرتز بالتوازي مع الرابط الأساسي ، مع أجهزة توجيه على كلا الطرفين تتحكم في تجاوز الفشل التلقائي لجسر 100 ميجابت / ثانية عندما يكون الارتباط الأساسي 1 جيجابت / ثانية معطلاً بسبب تلاشي المطر. باستخدام هذا الترتيب ، يمكن تركيب وصلات عالية التردد من نقطة إلى نقطة (23 جيجاهرتز +) على مواقع الخدمة التي تبعد عدة كيلومترات عن تلك التي يمكن تقديمها من خلال ارتباط واحد يتطلب وقت تشغيل بنسبة 99.99٪ على مدار عام واحد.

الترميز والتعديل التلقائي (ACM)
 

الترميز والتعديل التكيفي في الميكروويف (ACM)

تكييف الوصلة ، أو التشفير والتشكيل التكيفي (ACM) ، هو مصطلح يستخدم في الاتصالات اللاسلكية للإشارة إلى مطابقة التشكيل والتشفير ومعلمات الإشارة والبروتوكول الأخرى مع الظروف الموجودة على الوصلة الراديوية (على سبيل المثال ، فقدان المسار ، التداخل الناجم عن الإشارات الواردة من أجهزة الإرسال الأخرى ، وحساسية جهاز الاستقبال ، وهامش قدرة جهاز الإرسال المتاح ، وما إلى ذلك). على سبيل المثال ، تستخدم EDGE خوارزمية تكيف معدل تتكيف مع مخطط التشكيل والتشفير (MCS) وفقًا لجودة القناة الراديوية ، وبالتالي معدل البتات وقوة نقل البيانات. تعتبر عملية تكييف الوصلة عملية ديناميكية وتتغير معلمات الإشارة والبروتوكول مع تغير ظروف الوصلة الراديوية.

الهدف من التعديل التكيفي هو تحسين الكفاءة التشغيلية لوصلات الميكروويف من خلال زيادة سعة الشبكة عبر البنية التحتية الحالية - مع تقليل الحساسية للتداخلات البيئية.
يعني التعديل التكيفي تغيير التشكيل ديناميكيًا بطريقة خالية من الأخطاء من أجل تعظيم الإنتاجية في ظل ظروف الانتشار اللحظية. بمعنى آخر ، يمكن للنظام أن يعمل بأقصى سرعة له في ظل ظروف السماء الصافية ، ويقللها
تتلاشى تدريجيا تحت المطر. على سبيل المثال ، يمكن أن يتغير الرابط من 256QAM إلى QPSK للحفاظ على "الارتباط حيًا" دون فقد الاتصال. قبل تطوير الترميز التلقائي والتعديل ، كان على مصممي الميكروويف أن يصمموا ظروف "أسوأ الحالات" لتجنب انقطاع الوصلة. تشمل مزايا استخدام ACM:
● أطوال ارتباط أطول (المسافة)
● استخدام هوائيات أصغر (يتم توفير مساحة الصاري ، وغالبًا ما تكون مطلوبة أيضًا في المناطق السكنية)
● توفر أعلى (موثوقية الارتباط)

التحكم التلقائي في قدرة الإرسال (ATPC)

تتميز وصلات الموجات الدقيقة من CableFree بـ ATPC التي تزيد تلقائيًا من قوة الإرسال أثناء ظروف "التلاشي" مثل هطول الأمطار الغزيرة. يمكن استخدام ATPC بشكل منفصل مع ACM أو معًا لزيادة وقت تشغيل الارتباط واستقراره وتوافره. عندما تنتهي ظروف "الخبو" (هطول الأمطار) ، يقلل نظام ATPC من قدرة الإرسال مرة أخرى. هذا يقلل من الضغط على مضخمات طاقة الميكروويف ، مما يقلل من استهلاك الطاقة وتوليد الحرارة ويزيد من العمر المتوقع (MTBF)

استخدامات وصلات الميكروويف
روابط العمود الفقري واتصالات "الميل الأخير" لمشغلي الشبكات الخلوية
الروابط الأساسية لمقدمي خدمة الإنترنت (ISPs) ومزودي خدمات الإنترنت اللاسلكية (WISPs)
شبكات الشركات للبناء إلى مواقع المباني والحرم الجامعي
الاتصالات السلكية واللاسلكية ، في ربط بدالات الهاتف البعيدة والإقليمية بمبادلات أكبر (رئيسية) دون الحاجة إلى خطوط نحاسية / ألياف بصرية.
بث التلفزيون بمعايير HD-SDI و SMPTE

مشروع

نظرًا لقابلية التوسع والمرونة لتكنولوجيا الموجات الدقيقة ، يمكن نشر منتجات الموجات الدقيقة في العديد من تطبيقات المؤسسات بما في ذلك الاتصال من المبنى إلى المبنى ، والتعافي من الكوارث ، والتكرار في الشبكة والاتصال المؤقت للتطبيقات مثل البيانات والصوت والبيانات وخدمات الفيديو والتصوير الطبي ، CAD والخدمات الهندسية ، وتجاوز الناقل للخطوط الثابتة.

شبكة المحمول
 

إعادة تجميع الميكروويف في الشبكات الخلوية

تعد روابط الموجات الدقيقة أداة قيمة في Mobile Carrier Backhaul: يمكن نشر تقنية الموجات الصغرية لتوفير PDH 16xE1 / T1 و STM-1 و STM-4 التقليدية ، واتصال شبكة جيجابت إيثرنت الحديثة وشبكات المحمول Greenfield. يعد الميكروويف أسرع بكثير في التركيب وخفض التكلفة الإجمالية للملكية لمشغلي الشبكات الخلوية مقارنة بنشر أو تأجير شبكات الألياف الضوئية

شبكات منخفضة الكمون
تستخدم إصدارات CableFree Low Latency الخاصة بوصلات الميكروويف تقنية ارتباط الموجات الدقيقة منخفضة الكمون ، مع أدنى حد من التأخير بين الحزم التي يتم إرسالها واستلامها في الطرف الآخر ، باستثناء تأخير انتشار خط البصر. سرعة انتشار الموجات الدقيقة عبر الهواء أعلى بنسبة 40٪ تقريبًا من سرعة انتشار الألياف الضوئية ، مما يمنح العملاء انخفاضًا فوريًا بنسبة 40٪ في زمن الوصول مقارنةً بالألياف البصرية. بالإضافة إلى ذلك ، لا تكون تركيبات الألياف الضوئية في خط مستقيم أبدًا تقريبًا ، مع حقائق تخطيط المباني وقنوات الشوارع ومتطلبات استخدام البنية التحتية للاتصالات الحالية ، يمكن أن يكون تشغيل الألياف أطول بنسبة 100 ٪ من مسار خط البصر المباشر بين نقطتي نهاية. ومن ثم فإن منتجات الميكروويف ذات الكمون المنخفض من CableFree تحظى بشعبية في تطبيقات زمن الوصول المنخفض مثل التداول عالي التردد واستخدامات أخرى.

لمزيد من المعلومات حول الميكروويف

لمعرفة المزيد حول تقنية Microwave Link وكيف يمكن لـ CableFree المساعدة في شبكتك اللاسلكية ، من فضلك تواصل معنا

اترك رسالة 

قائمة الرسالة