| "Вестник Связи" № 9 '98 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| В.Г. БЕЗРУКОВ, генеральный директор АО “Радиус-2” С.А. МУСАЕЛЯН, директор по науке АО “Радиус-2”, к.т.н. В.Г. БЕЗРУКОВ, ведущий научный сотрудник 16 ЦНИИИ, д.т.н., профессор |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Отечественные радиорелейные станции Если высокоскоростные радиорелейные станции (140 Мбит/с и выше) в России пока не производятся, и наша техника в этой области так и не вышла за рамки бесконечных НИОКР, то с радиорелейными станциями малой и средней емкости (до 34 Мбит/с включительно) ситуация совсем другая: на нашем телекоммуникационном рынке в этом классе станций появились отечественные РРС нового поколения, которые, не уступая зарубежным аналогам по основным техническим характериситкам, имеют значительно более низкую цену и неоспоримые преимущества в части обеспечения их монтажа и ввода в эксплуатацию, организации гарантийного и послегарантийного обслуживания, расширенного рабочего температурного диапазона (от минус 50° С до плюс 50° С). В настоящей статье проводится сравнительный анализ их параметров с параметрами аналогичных зарубежных РСС. В России работы по построению радиорелейных линий связи (РРЛ) начались в послевоенные годы. В середине 50-х гг. создается радиорелейная промышленность (группа заводов, СКБ и НИИ) и далее одним за другим выпускаются несколько поколений радиорелейных станций (РРС): Р-600, “Рассвет”, “Восход”, “Курс” и др. Суммарная протяженность РРЛ в СССР превысила 100 тыс.км. Однако эти РРЛ главным образом использовались на магистральных и крупных зоновых сетях. На местных же сетях основное внимание уделялось строительству кабельных линий. Это объяснялось низкими в СССР ценами на цветные металлы и достаточно дешевой, а зачастую и бесплатной (использование стройбатов) рабочей силы. Из-за этого разработка в нашей стране РРС малой и средней емкости была в значительной степени отключена от достижений электронной техники и передовых технологий. К концу 80-х гг. стало очевидным весьма существенное отставание отечественных гражданских РРС от зарубежных станций, в развитие которых на Западе начиная с 50-х гг. вкладывались значительные средства. РРС иностранных компаний отличались высокой надежностью, имели достаточно развитую систему теленаблюдения и телеуправления, использовали перспективные виды модуляции, их основные узлы выполнялись на микросхемах высокого уровня интеграции, а СВЧ-устройства - с использованием твердотельной (GaAs) технологии. В начале 90-х гг. в России появились многочисленные коммерческие структуры, остро нуждающиеся в разветвленной сети телекоммуникаций, от надежной работы которой в значительной степени зависел их бизнес. В условиях роста цен на цветные металлы, а следовательно и на кабели, все больший вес стала приобретать радиорелейная связь. Многие оборонные предприятия радиотехнического профиля, лишившись значительной части традиционных для них военных заказов, стали ускоренно создавать РРС малой и средней емкости гражданского назначения. В “пожарном” порядке были разработаны и с 1993-1994 гг. начали выпускаться РРС серии “Радан-МС”, “Радан-МГ”, семейство станций “Эриком”, “Пихта-2”, “Радиус-15”, “Комплекс-15” и ряд других. Хотя эти РРС ни по техническому уровню, ни по надежности не могли сравниться с зарубежными станциями, но благодаря своей низкой цене и оперативности ремонта и обслуживания имели вначале довольно большой спрос. Однако операторы связи, встав на ноги, стали более критично относится к уровню технических характеристик РРС. Тем более, что некоторые инофирмы снизили цены на свои изделия, развили дилерскую сеть и начали налаживать гарантийное и послегарантийное обслуживание. Понимая растущую конкуренцию, российские разработчики и производители РРС без привлечения иностранного капитала, используя отечественную научно-техническую базу, в короткие сроки сумели создать качественно новое поколение отечественных РРС. В качестве примера таких РРС можно привести серию станций “Просвет”, станции “Радиус-ДС”, “Радиус-15М”, “Звезда-11”, “Радиус-18” и ряд других. Для этих РРС созданы СВЧ-узлы на основе GaAs технологии, в них реализованы современные методы модуляции QPSK, системы телеобслуживания и теленаблюдения. Для повышения надежности в станциях использованы компоненты фирм Hewlett-Packard, Motorola, Temis, а также устройства цифровой обработки и мультиплексоры цифровых потоков, выполненные на программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС). Некоторые из этих станций (например, “Радиус-ДС” и “Радиус-15М”) уже производятся серийно и имеют сертификат Госкомсвязи РФ. Критерии сравнения и анализа РРС
Используя эти критерии, сравним российские РРС нового поколения малой и средней емкости до 34 Мбит/с (“Радиус-15М”, “Радиус-ДС”, “Звезда-11”, “Радиус-18” - АО “Радиус-2”; “Просвет-8”, “Просвет-13”, “Просвет-18”, “Просвет-40” - ГП МНИРТИ; “Радан-МС”, “Радан-МГ” - ОАО “Ижевский радиозавод”; “Родник-15” - ГНПП “Исток”; “Исеть-М” - ГП “Вектор”) с рядом известных в России зарубежных РРС (производства фирм Ericsson, NEC, Nokia, Alcatel, SAT, ABB, Calofornia Microwaves и Nera). Пропускная способность
Энергетические характеристики
Подавляющее большинство зарубежных и отечественных производителей используют в своих станциях относительную фазовую манипуляцию (как правило, 4-уровневую - QPSK), которая обеспечивает высокую помехоустойчивость, достаточно компактный спектр и не сложна в реализации. Фирма Ericsson применяет модифицированную QPSK – C-QPSK, т.е. ту же 4-уровневую фазовую манипуляцию, но с постоянной огибающей (без АМ компонента). Примерно так же поступают и некоторые другие фирмы. Это позволило им упростить требования к линейности приемо-передающего тракта. Отдельные фирмы (например, California Microwaves) до сих пор продолжают использовать 4-позиционную частотную телеграфию (4-FSK), которая значительно проще в реализации, но имеет энергетический проигрыш 3 дБ. Применение для данных скоростей передачи информации более сложных видов модуляции, таких как 16 QAM, 32 QAM, в России не оправдано – в нашей стране сантиметровые диапазоны несравненно менее загружены, чем в Европе или Америке, а достигаемое QAM сжатие спектра ( например, 16 QAM - в два раза по сравнению с QPSK) приводит к энергетическому проигрышу порядка 6 дБ, что необоснованно уменьшает коэффициент системы. Для высоких скоростей (140 Мбит/с и более) использование многопозиционной QAM необходимо для экономии ресурса спектра. Анализ табл. 1 показывает, что если наши РРС более ранних разработок
(“Радан-МС”, “Радан-МГ”, “Исеть-М”) проигрывают по энергетике не менее
10 дБ, то новые РРС (“Радиус-ДС”, “Радиус-15М”, “Радиус-18”, “Просвет”)
находятся на уровне передовых зарубежных аналогов.
Использование ресурса частотного диапазона
Еще одна важная тенденция в современных цифровых РРС малой емкости - возможность оперативной перестройки рабочих волн РРЛ потребителем (табл. 2). Кроме дополнительной гибкости в использования частотного диапазона, это резко сокращает номенклатуру составных узлов (особенно фильтров) и варианты исполнения РРС, что, в свою очередь, создает удобства и потребителю, и заводу-производителю. Так, РРС “Радиус-ДС” перекрывает диазон 7,9 - 8,4 ГГц, а РРС “Радиус-15” - диапазон 14,4 - 15,35 ГГц всего двумя частотными модификациями. Тремя модификациями перекрывает диапазон 17,7 - 19,7 ГГц РРС “Радиус-18”. Надо признать, что из-за наличия свободного эфира и стремления упростить аппаратуру отечественные цифровые РРЛ длительное время разрабатывались без должного учета требований ЭМС, неэффективно использовали частотный спектр. Например, в РРС “Радан-МГ” объединение стволов на одну антенну производится на одной поляризации, а исполнение по частотам - только в пяти вариантах (10 пар частот с шагом 40 МГц). Поскольку используемый станцией частотный диапазон 10,7 – 11,7 ГГц имеет ширину 1000 МГц, то его большая часть остается незадействованной. То же относится в той или иной мере и к РРС “Родник”, “Исеть-М” и некоторым другим. По этой причине этим станциям все чаще становится тесно работать вместе в одном пункте. В то же время новые РРС “Радиус-15М”, “Радиус-ДС”, “Звезда-11”, серия станций “Просвет” в диапазонах от 8 до 15 ГГц практически не уступают зарубежным аналогам по эффективности использования частотного ресурса диапазонов. Они также используют модуляцию QPSK, имеют встроенный синтезатор частоты, обеспечивают широкую полосу оперативной перестройки частоты, высокие параметры электромагнитной совместимости, объединение стволов на одну антенну с взаимоортогональной поляризацией. Для других частотных диапазонов отечественная промышленность в ближайшее
время освоит производство РРС “Просвет-18” и “Радиус-18” (диапазон 18 ГГц),
а также “Просвет-40” (37 – 38 ГГц). Для диапазона 40 ГГц уже выпускаются
РРС “Перевал-2” и “Эриком-43”. Диапазоны 21, 23, 26 ГГц в настоящее время
в России пока не осваиваются.
Системы теленаблюдения и телеуправления. Возможность сетевого управления.
Дополнительные сервисные функции.
В части архитектуры система ТУ-ТС подразделяется на систему телеобслуживания радиорелейной линии и систему управления телекоммуникационной сетью. Рассмотрим первую из них, осуществляющую следующие основные функции:
Для обеспечения этих функций надо иметь в РРС достаточное число датчиков состояния ее отдельных узлов и блоков, а также предусмотреть организацию в радиостволе между станциями по крайней мере двух служебных каналов (для речевой связи и для передачи сигналов ТУ-ТС. Должен также существовать внутренний канал связи между внешним (радиомодуль) и внутренним (базовый блок) блоками РРС, используемый для передачи сигналов состояния, команд управления и квитанций об их исполнении. Для отображения состояния и управления РРС и РРЛ до недавнего времени использовались в основном дисплеи базового блока станции, светодиодная индикация и ручное управление с передней панели базового блока или выносного пульта управления. В настоящее время для этого обычно используют подключаемые через стык RS 232 компьютеры. На них отображается конфигурация всей сети, данные о ее функционировании, регистрируются (запоминаются) все сбои, сигналы аварий, случаи снижения достоверности, переключения на резерв и др. С компьютера производится управление всеми станциями сети с получением квитанций об исполнении команд. Предусматривается также программное сопряжение с системой управления телекоммуникационной сетью. Поскольку при построении РРЛ бывает необходимо, как и прежде, вручную управлять отдельными станциями, практически все зарубежные РРС сохранили такую возможность. В отечественных станциях эти возможности наиболее “продвинуты” в “Радиус-15М”, “Радиус-ДС” и в серии станций “Просвет”. Кроме вышеперечисленных основных функций системы управления и обслуживания, пользователю могут быть предоставлены дополнительные услуги:
Реализация в отечественных РРС “новой волны” (“Радиус-15М”, “Радиус-ДС”, серия станций “Просвет”) вышеперечисленных функций позволяет строить на их базе современные многоинтервальные линии. Правда, они еще не в полной мере соответствуют продукции ведущих мировых производителей в основном из-за незавершенности разработок программного обеспечения для компьютерного управления и отсутствия в связи с этим ряда функций (например, маршрутизации трафика). Однако в ближайшее время эта работа будет завершена и с 1999 г. эти станции будут поставляться с программным обеспечением. Электропитание
Для новых зарубежных РРС (табл. 2) характерно применение широкодиапазонных источников вторичного электропитания, обеспечивающих работу станций при изменении напряжения входной сети постоянного тока в пределах от 20 до 72 В. В этих станциях все чаще используют гальваническую развязку от сети питания – так называемый “плавающий вход”, при котором аппаратуру можно подключать к сети постоянного тока как с заземленным “плюсом” (например, сети “ - 60 В”, и “ - 48 В”), так и с заземленным минусом ( сеть “ +24 В ” и др.). Энергопотребление зарубежных РСС на один ствол в режиме 4Е1 составляет обычно 40 – 60 Вт (зависит от комплектации – количества дополнительных служебных каналов и т.п.). Отечественные РРС (серии “Радан”, “Исеть”, “Комплекс” и др.) до последнего времени уступали зарубежным станциям по потреблению электроэнергии в 3 - 4 раза. Кроме того, они не имели гальванической развязки по питанию и были рассчитаны на конкретную сеть, как правило, минус 60 В ( + 20%, - 10 %) с заземленным “плюсом”. Новые же отечественные РРС (“Радиус-15М”, “Радиус-ДС” и “Звезда-11Ц”) по параметрам электропитания встали в один ряд с зарубежными аналогами. Серия станций “Просвет” пока имеет повышенное энергопотребление (более 120 Вт на один ствол). Конструкция, удобство обслуживания, организация гарантийного и послегарантийного
обслуживания.
Соединение между ODU и IDU осуществляют коаксиальными кабелями длиной до 300 м (реже до 600 м), по которым помимо сигналов передается напряжение дистанционного питания ODU. По размерам и коэффициенту усиления антенн отечественные РРС “Радиус-ДС”, “Радиус-15М”, “Радиус-18”, “Звезда-11” и станции “Просвет” аналогичны зарубежным, а по климатическим воздействиям, в отличие от многих иностранных РРС, рассчитаны на более жесткие условия (до - 50° С). В большинстве новых зарубежных РРС при соединении ODU и IDU используется всего один коаксиальный кабель, по которому все сигналы “вверх” и “вниз” передаются на разных поднесущих. В отечественных РРС пока применяют два кабеля, однако в станциях серии “Радиус” с 1999 г. также вводится один кабель. ODU фирм NEC, Ericsson, SAT и некоторых других имеют малые габариты и массу, впечатляют своей изящностью и легкостью (табл. 2). Российские РРС в этом плане начали приближаться к уровню других передовых фирм (таких как Nera, Nokia), однако по дизайну еще далеки от них. Перенос приемо-передатчиков цифровых РРС с “земли” на антенну первоначально имел целью избавиться от дорогих и громоздких волноводных трактов. Однако конструктивное деление РРС на ODU и IDU привело к трансформации функциональной структуры станций, к изменению электрической схемы ODU и IDU. Теперь в ODU размещают все элементы, зависящие от диапазона и рабочих частот, но инвариантные к изменению скорости передачи от Е1 до Е3 (Ericsson) или от Е1 до Е2 (Pasolink, STD-10), а IDU содержит лишь элементы, определяющие трафик и стыки. Таким образом блок IDU одинаково подходит для всех диапазонов от 7 ГГц до 38 ГГц. При таком исполнении аппаратуры обеспечиваются большая унификация, гибкие возможности эксплуатации, предпосылки поэтапного наращивания пропускной способности путем замены плат или вставных ячеек в блоках IDU. Наружные блоки ODU при этом не затрагиваются. В РРС “Просвет” и “Звезда-11” ODU допускает изменение скорости передачи от Е1 до Е2. Еще большие возможности (от Е1 до Е3) у РРС “Радиус-ДС”, “Радиус-15М” и “Радиус-18”. Удобство обслуживания РРС во многом определяется конструкцией антенного комплекса (ODU, антенна, опорно-поворотное устройство), способами соединения ODU с антенной и крепления антенны к мачте, а также методом юстировки антенны. Для тестирования ODU и ведения служебных переговоров во время юстировки в нем предусматривают контрольные разъемы. Снятие или замена блока ODU осуществляются без нарушения юстировки антенны. В части удобства обслуживания отечественные РРС имеют и “плюсы”, и “минусы”. Так, их недостатком является более сложная и металлоемкая конструкция соединения ODU с антенной, особенно для больших антенн (диаметром 1,2 м и более). Однако для суровых климатических районов наши РРС предусматривают дополнительную защиту от снега и льда в виде контейнера, внутри которого размещают ODU (один или два). В РРС “Радиус-ДС”, “Радиус-15М”; “Радиус-18” есть контейнер, защищающий разъемы кабелей и волноводные фланцы от льда, что в зарубежной аппаратуре предусматривается не всегда. Исправная РРС не требует обслуживания, кроме оговоренных в КД мер профилактики. В случае выхода из строя ODU, его заменяют на исправный, а восстановление производят на заводе-изготовителе либо в специализированных сервисных центрах. При выходе из строя наземного блока ремонт производится заменой ячеек из ЗИП. Отметим, что гарантийное и послегарантийное обслуживание отечественных РРС явно проще и дешевле зарубежных станций. Кроме того конструкция их ODU, благодаря наличию функционально законченных легкосъемных узлов, облегчает процедуру ремонта. Надежность
Выпускаемые в 1993-1996 гг. отечественные РРС (“Радан”, “Эриком”, “Радиус-15” и др.) имели аппаратурную надежность значительно ниже. Это обуславливалось как качеством комплектующих, так и качеством сборки станций, их конструкцией, а также принятыми схемотехническими решениями. В станциях нового поколения для повышения надежности разработаны специализированные устройства СВЧ для приемо-передатчиков РРС диапазонов 8? 18 ГГц с использованием GaAs-технологии, налажен выпуск СВЧ-микросборок, по параметрам не уступающим зарубежным аналогам. Кроме того в них переработаны схемотехнические решения и широко использованы аналоговые ИМС большой интеграции фирм Hewlett Packard, Motorola, Siemens и др. Применены облегченные режимы активных элементов, исключены все элементы низкой надежности и проведена их замена на иностранные аналоги. Наконец, цифровая часть аппаратуры новых РРС переводится на малопотребляющие БИС, выполненные на основе технологии ПЛИС. Введена длительная (210 часов) технологическая тренировка аппаратуры перед отгрузкой заказчику, которая позволяет “выбрать” начальный участок кривой отказов. В результате новое поколение отечественных РРС уже имеет вполне приемлемую надежность (MTBF 8 – 10 лет), что позволяет во многих случаях строить радиолинии без резервирования, аналогично зарубежным РРС. Это подтверждается действующими РРЛ, использующими станции “Звезда-11” и “Радиус-15М”. Заключение
К освоению и серийному выпуску станций “Радиус-ДС” (8 ГГц), “Радиус-15М” (15 ГГц), серии РРС “Просвет” (диапазоны 8? 40 ГГц) подключены достаточные производственные мощности: опытный завод Московского НИИ радиосвязи, Ижевский радиозавод, Правдинский завод радиорелейной аппаратуры, Рязанский приборный завод, а также предприятия бывшего МЭП, обладающие высокой технологией, такие как НПП “Салют” (Н. Новгород) - в части СВЧ-электроники, предприятия г. Зеленограда - в части микроэлектроники. По оценке авторов суммарные возможности этих предприятий по выпуску РРС составляют не менее 500 комплектов радиорелейного оборудования в год. К сожалению, в России еще не выпускаются “раздаточные” РРС для ответвления потоков SUB STM1 (21 x E1) непосредственно от магистральных синхронных систем передачи SDH (емкостью 155 - 622 Мбит/с), которые уже построены в России на зарубежном оборудовании. Создание таких РРС - задача ближайшего будущего. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| "Вестник Связи" № 9 '98 |