Радиорелейная связь - особый тип беспроводной связи, позволяющий передавать данные на большие расстояния (десятки и сотни километров), с высокой пропускной способностью (от сотен мегабит до нескольких гигабит). Прием и передача данных разнесены по разным частотам и происходят одновременно - все РРЛ работают в режиме полного дуплекса.
В сегодняшней статье мы рассмотрим:
- Для чего используют РРЛ.
- Чем радиорелейная связь отличается от беспроводной связи по WiFi.
- Преимущества и недостатки РРЛ по сравнению с волоконнооптическими линиями.
- Частоты, на которых работают РРС.
- Условия развертывания РРЛ и дальность связи.
- Технологии формирования сигнала в РРЛ: PDH и SDH.
- Надежность радиорелейной связи.
- Конструкция радиорелейных станций.
- Современные, доступные по цене РРЛ - Ubiquiti AirFiber.
Применение радиорелейной связи
Радиорелейные станции (РРС) обычно используются:
- для создания высокоскоростных беспроводных магистралей провайдерами, сотовыми операторами,
- в крупных корпоративных сетях для передачи информации по беспроводным мостам между различными подразделениями,
- для каналов "последней мили" и других подобных задач.
РРС сравнительно редко применяются в сегменте SOHO и частными лицами, так как их использование чаще всего требует лицензирования и стоят они гораздо дороже оборудования WI-FI, даже провайдерского класса.
Помимо производительности высокая цена оправдывает себя длительным сроком службы оборудования: большинство моделей ведущих вендоров радиорелейных станций рассчитано на несколько десятков лет службы (20-30 лет), в том числе в суровых климатических условиях.
Основные отличия РРЛ от беспроводной связи по Wi-Fi:
- Собственные диапазоны передачи сигнала и стандарты связи.
- Использование высокоэффективных модуляций сигнала (256QAM, 1024QAM).
- Тип передачи данных - направленный (РРЛ комплектуется узконаправленными антеннами). На радиорелейках строят, в основном, беспроводные мосты, раздача трафика в режиме точка-многоточка не используется.
- Высокая пропускная способность и дальность связи.
- Полный дуплекс каналов.
Кроме того, в радиорелейной связи, в отличие от обычного WiFi, активно применяется:
- агрегирование каналов для повышения пропускной способности пролета;
- резервирование канала передачи для повышения надежности соединения;
- ретрансляция сигнала от станции к станции для увеличения общей дальности передачи.
Преимущества и недостатки радиорелейного канала связи по сравнению с волоконнооптическими линиями:
Преимущества:
- Возможность построить РРЛ в местности со сложными географическими условиями (горы, ущелья, болота, леса и т. д.), где прокладка оптоволоконной магистрали невозможна или экономически нецелесообразна.
- Быстрота возведения - буквально несколько дней. Для запуска РРЛ нужно только установить станции в начальных, конечных и, возможно, промежуточных точках, не нужно прокладывать кабель на всем протяжении трассы.
- Отсутствие риска падения канала связи из-за повреждения или кражи кабеля.
- Низкая себестоимость беспроводной трассы.
Основной недостаток радиорелейной линии (РРЛ) по сравнению с оптоволокном - невозможность достижения действительно высокой пропускной способности. Максимум, что вы можете получить по беспроводу - это до 10 Гбит/сек, в то время, как скорость по оптоволоконной магистрали измеряется терабитами.
Несмотря на узкую нишу, существует довольно много различных типов радиорелейных станций. Ниже мы рассмотрим их основную классификацию и общие характеристики, а также серию радиорелеек Ubiquiti, оптимальных по соотношению цена/производительность для украинского сегмента рынка.
Частота работы радиорелейных станций
Диапазон частот, который может использоваться для развертывания РРЛ, чрезвычайно широк - от 400 Мгц до 94 ГГц. В Украине чаще всего радиорелейные станции работают на 5, 7, 8, 11, 13, 18 ГГц и на высоких частотах (70-80 ГГц).
Так как разбег частот большой, особенности развертывания линков на них и характеристики связи серьезно отличаются. Можно выделить основные закономерности:
Чем выше частота, тем больше затухание сигнала в атмосфере (в децибелах на километр). Правда, зависимость не линейная - на рисунке ниже можно видеть, что в диапазоне 60 ГГц показатель затухания резко зашкаливает, далее снижается и растет постепенно.
Соответственно, чем выше частота - тем меньше дальность связи. Если радиорелейные линии на 5 ГГц, 7 ГГц - это 40-50 и более км, то на 70-80 ГГц - до 10 км, а на 60 ГГц - еще меньше, из-за пикового затухания.
Чем выше частота, тем большее влияние на сигнал оказывают атмосферные осадки. В диапазоне 2-8 ГГц их влияние на мощный радиорелейный канал практически незаметно, а в диапазонах выше 40 ГГц дождь становится серьезной помехой. Смотрим график зависимости:
Чем выше частота, тем большей пропускной способности можно достичь на радиорелейной линии, за счет использования широких частотных каналов внутри диапазона (56 МГц, 112 МГц и более). Сейчас активно осваиваются так называемые диапазоны V-Band и E-Band - 60 ГГц и 70-80 ГГц. Скорость радиорелейной линии здесь может достигать 10 Гбит/сек.
Условия развертывания РРЛ и дальность связи
Сейчас, в основном, используется и производится оборудование для радиорелейной связи прямой видимости - станции должны располагаться в зоне так называемой радиовидимости друг друга. Сигнал от станции к станции не должен встречать на пути препятствий, в том числе в зоне Френеля. Для увеличения расстояния видимости и исключения попадания в зону Френеля препятствий и земной поверхности, станции размещают на высоких мачтах - это помогает увеличить дальность пролета.
Но из-за естественного искривления поверхности Земли максимальная дальность беспроводного линка между двумя радиорелейными станциями составляет обычно не более 100 км (на равнинной местности - до 50 км).
Хотя, при удачном рельефе местности, можно достичь и большего - как в примере компании Ubiquiti, прокинувшей беспроводной мост на AirFiber 5X на 225 км (подробности на сайте производителя):
Также для дальности связи, как мы уже сказали выше, имеет значение диапазон, в котором работает радиорелейное оборудование:
- Станции на низкой частоте - "дальнобойные", в среднем до 35 км, в хороших условиях до 80-100 км.
- Дальность связи на высоких частотах - до 10 км.
Технологии PDH и SDH
Все используемые сейчас РРЛ разделяются на два основных типа:
- с использованием технологии передачи PDH (плезиохронной цифровой иерархии),
- с использованием технологии передачи SDH (синхронной цифровой иерархии).
Передача данных по радиорелейной связи с использованием технологии PDH на практике происходит по 4 видам потоков:
| Название потока | Как образуется | Скорость |
| E1 | 32 канала данных (по 64 кбит/сек каждый) собираются в единый поток E1, который считается базовым потоком PDH. | 2 Мбит/сек |
| E2 | Мультиплексирование (объединение) 4 потоков E1. | 8 Мбит/сек |
| E3 | Мультиплексирование (объединение) 4 потоков E2. | 34 Мбит/сек |
| E4 | Мультиплексирование (объединение) 4 потоков E3. | 139 Мбит/сек |
В теории существует еще поток E5, со скоростью 565 Мбит/сек, но на практике, по рекомендациям стандарта G.702, он не используется. Поэтому 139 Мбит/сек - это фактически, максимум пропускной способности данной технологии радиорелейной связи. Неудивительно, что PDH на данный момент считается устаревшей технологией, хотя еще достаточно работающих РРЛ, произведенных с ее использованием.
Второй ее существенный недостаток - мультиплексирование и демультиплексирование происходят достаточно медленно, что вызывает задержки на канале.
SDH, или синхронная цифровая иерархия - новая технология, обеспечивающая гораздо более актуальные скорости передачи. Когда говорят о скорости радиорелейного оборудования с технологией SDH, используется понятие синхронного транспортного модуля - STM. Скоростные потоки образуются путем умножения базового потока STM-1 на 4, 16, 64, 256 и т. д.
| Обозначение потока | Пропускная способность |
| STM-1 | 155 Мбит/сек |
| STM-4 | 622 Мбит/сек |
| STM-16 | 2,5 Гбит/сек |
| STM-64 | 10 Гбит/сек |
| STM-256 | 40 Гбит/сек |
| STM-1024 | 160 Гбит/сек |
Картина уже поинтересней, согласитесь. И STM-1024 - это еще не ограничение, теоретически скорость может быть больше.
При этом оборудование SDH полностью совместимо с радиорелейными станциями, спроектированными под PDH.
Надежность радиорелейной связи
Радиорелейная связь считается одной из самых надежных среди беспроводных способов передачи данных. Это обеспечивается как различными прогрессивными технологиями беспроводной передачи, так и активным применением резервирования каналов (стволов) связи - так называемые конфигурации N+1 (1+1, 2+1). Это может быть:
- "холодное" резервирование, с подключением дополнительного комплекта приемо-передающего оборудования в выключенном состоянии;
- "горячее" резервирование, с одновременной передачей данных по резервному каналу. Для исключения взаимных помех каналы разносятся в пространстве (ПР - пространственное разнесение) или по частотам (ЧР - частотное разнесение).
Конструкция радиорелейных станций
Радиорелейные станции можно разделить на два типа.
Первый - это радиорелейные станции, состоящие из 3 модулей:
- внутреннего блока (IDU), устанавливаемого в помещении в непосредственной близости от телекоммуникационного оборудования. Внутренний блок отвечает за питание, мультиплексирование, модулирование сигнала, коммутирование, передачу данных в сеть LAN;
- внешнего блока (ODU), преобразующего частоту сигнала из служебной в частоту, на которой будет вестись передача, и обратно, усиление мощности передатчика при необходимости и т. д.;
- приемо-передающей антенны.
Здесь нужно уточнить, что производители по-разному распределяют функционал между внутренним и наружным блоками, вплоть до того, что внутреннему модулю могут остаться только функции питания, защиты и подключения к LAN-сети, а большая часть активного функционала передается во внешний блок.
Внешний и внутренний блоки соединяются коаксиальным кабелем, антенна и внешний модуль могут соединяться непосредственно или также с помощью кабеля. Одним из очевидных недостатков такой конструкции является кабельное соединение, приводящее к потерям на пути от передатчика к антенне, а также двойное преобразование сигнала с частоты на частоту.
Второй тип радиорелейных станций - это интегрированные системы, в которых весь функционал сосредоточен в наружном блоке. Антенны в них могут быть встроенными, соединяться с передатчиком непосредственно, или с помощью RF-кабеля - все это существенно снижает потери, по сравнению с обычным, довольно протяженным кабельным соединением. РРЛ второго типа гораздо более компактны.
В качестве примера радиорелейных станций интегрированного типа можно привести серию AirFiber компании Ubiquiti.
Современные радиорелейные станции Ubiquiti - AirFiber
Несколько лет назад американский вендор, специализирующийся на производстве беспроводного оборудования, выпустил на рынок устройства операторского класса - радиорелейные станции Ubiquiti AirFiber. Первые модели работали в диапазоне 24 ГГц, чуть позже были выпущены устройства для 5 ГГц, еще чуть позже - линейка AirFiber X, в которой сейчас есть модели для нескольких диапазонов.
Радиорелейные станции AirFiber стали на тот момент по-настоящему революционным событием: компания предлагала пропускную способность до 1,5 Гбит/сек в полном дуплексе (750 Мбит/сек в одну сторону) на расстоянии до 13 км по очень приятной цене (для оборудования такого класса).
В радиорелейных станциях Ubiquiti:
- в одном корпусе собраны внешний, внутренний блоки и антенны (для серии AirFiber, в AirFiber X - антенны внешние);
- используется технология MIMO XPIC (с подавлением кроссполяризационных помех) для повышения пропускной способности канала;
- используется адаптивная модуляция для повышения надежности связи в любых погодных условиях;
- отсутствуют потери в антенно-фидерном тракте, благодаря непосредственному соединению модулей, без использования кабеля - в моделях со встроенными антеннами;
- меньшие потери в антенно-фидерном тракте в моделях со внешним антеннами - благодаря предельно короткой длине соединительного кабеля;
- сигнал формируется сразу на частоте излучения, без использования промежуточной частоты, благодаря чему также повышается эффективность работы.
Иллюстрация технологии адаптивной модуляции:
Сейчас компания выпускает 4 модели РРЛ со встроенными антеннами и 6 моделей без антенн, к которым можно подключать антенны разного усиления.
| Модель | Внешний вид | Антенна | Дальность | Скорость | Диапазон | Особенности |
| AF5 |  |
Встроенная, 23 dBi, 6°, двойная наклонная поляризация | 100 км | 1,2 Гбит/сек | 5,470 - 5,875 ГГц |
1024QAM MIMO HDD (полудуплекс), FDD (полный дуплекс) |
| AF5U |  |
Встроенная, 23 dBi, 6°, двойная наклонная поляризация | 100 км | 1,2 Гбит/сек | 5,725 - 6,200 ГГц |
1024QAM HDD (полудуплекс), FDD (полный дуплекс) |
| AF24 |  |
Встроенная, 33 dBi, 3,5°, двойная наклонная поляризация | 13 км | 1,4 Гбит/сек | 24,05 - 24,25 ГГц |
64QAM HDD (полудуплекс), FDD (полный дуплекс) |
| AF24HD |  |
Встроенная, 33 dBi, 3,5°, двойная наклонная поляризация | 20 км | 2 Гбит/сек | 24,05 - 24,25 ГГц |
256QAM HDD (полудуплекс), FDD (полный дуплекс) |
| AF-2X |  |
Внешняя. Подходят модели: |
200 км | 500 Мбит/сек | 2,300 - 2,700 ГГц |
1024QAM HDD (полудуплекс) |
| AF-3X | |
Внешняя. Подходят модели: |
200 км | 500 Мбит/сек | 3,300 - 3,900 ГГц |
1024QAM HDD (полудуплекс) |
| AF-4X | |
Внешняя. Подходят модели:
|
200 км | 500 Мбит/сек | 4,700 - 4,990 ГГц |
1024QAM HDD (полудуплекс) |
| AF-5X | |
Внешняя. Подходят модели: |
200 км | 500 Мбит/сек | 5,470 - 5,875 ГГц |
1024QAM HDD (полудуплекс) |
| AF-11FX-H |  |
Внешняя. Подходят модели: |
300 км | 1,2 Гбит/сек |
10,700 - 10955 ГГц 11,200 - 11,445 ГГц |
1024QAM FDD (полный дуплекс) |
| AF-11FX-L | |
Внешняя. Подходят модели: |
300 км | 1,2 Гбит/сек |
10,940 - 11,200 ГГц, |
1024QAM FDD (полный дуплекс) |
К серии AirFiber X дополнительно можно купить мультиплексор, объединяющий несколько устройств в один пролет. Есть модели на 2 AirFiber (4×4 MIMO) и на 4 AirFiber (8×8 MIMO).
С помощью мультиплексора можно организовать агрегацию или резервирование каналов, правда, нельзя сказать, что здесь эти технологии реализованы в совершенстве - например, агрегация настраивается не на самих AirFiber, а на роутере. Точно так же, как и управление переключением на резервный канал осуществляется извне.
Итак, основные выводы:
Основные преимущества РРЛ - независимость от сложного рельефа местности, высокая пропускная способность, дальность связи и надежность, в основном, благодаря возможности резервирования каналов.
Основные недостатки - невысокий порог пропускной способности по сравнению с ВОЛС, влияние погодных условий на сигнал, высокая цена.
Современная радиорелейная связь активно осваивает частоты 70-80 ГГц, с высоким потенциалом пропускной способности, поэтому списывать со счетов возможности беспроводной связи пока рано. У соседей есть примеры РРЛ оборудования с возможностью линка до 10 Гбит/сек на расстоянии до 8 км.
Привычная многим конструкция РРС из трех блоков, у многих производителей постепенно уступает место компактным устройствам с одним блоком + встроенная или внешняя антенна, в которых удается избежать потерь на кабельных соединениях и на преобразовании частоты.
РРЛ Ubiquiti AirFiber - на данный момент одно из наиболее оптимальных решений для украинского рынка, по соотношению цена/производительность/надежность.
