Capítulo VIII - Microondas - Características de los equipos de radio enlaces en microondas

Universidad Nacional de Ingeniería
Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Ingeniería de Telecomunicaciones

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 μOpara
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

10. 10
Unidad Dividida (indoor/outdoor)

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 ODUy el IDUpara el
alineamiento del enlace.
•Se minimiza las pérdidas, ya que no se utiliza
guía de onda.

14. 14

15. 15
Equipo μOpara 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
multiparpara 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 TDMo 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 TDMtiene 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 WiMAXo estaciones base 3G,
3.XG, o 4G);
•Sin embargo, hay un significativo overhead
añadido al tráfico TDMa través del proceso
de seudo-wire.
20

21. Pseudo-Wire
•Es un método para emular un servicio nativo
tal como el TDMo ATM sobre una red
conmutada de paquetes (PSN: packet-
switchednetwork) tales como IP, MPLS, o
Ethernet.
•Emula una ‘‘conexión transparente’’ para
transportar servicios TDM/ATM.
•El ETFllama al PseudowireEmulationEdge
para Edge(PWE3).
21

22. •Otros estándares pseudo-wireestán definidos
en el MEF y la UIT-T (Y.1413 y Y.1453).
•Varios tipos de pseudo-wireexisten, incluyendo:
–TDMsobre IP (TDMoIP),
–Emulación de circuitos sobre PSN(CESoPSN)
–TDMestructurado sobre paquetes (SAToP).
•El tráfico TDMdebe estar paquetizadoy luego
encapsulado en razón de ser transmitido sobre
la PSN.
22

23. •Una de las funciones del equipo que soporte
procesos pseudo-wirees suavizar las
variaciones del retardo de paquetes de salida
(PDV: packetdelayvariation) o jitterpara 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 clockrecoveryy
la sincronización
23

24. Radios TDM
•La segunda opción es un radio TDMtradicional
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 TDMy Ethernet.
•Algunos canales TDMmanejan tráfico TDMy 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.11
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 ratede
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 Signalnivel 1).

34. 34
Muldem ( Multiplexing Secundario y
Servicio)
•Multiplexación y Demultiplexación
•Canales de Cabecera
–Canales de Datos y Supervisión
–EngineeringOrderWire
–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 SDHusa 128QAM lo que permite
ajustar un bit ratede 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

40. 40
Constelación 64QAM

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: ρes 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 PSKo 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 pasabajoes 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 (PhaseLockedLoop) 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

51. Equalización Adaptiva
51

52. Codificación adaptiva y modulación
(ACM)
52
Rendimiento de datos
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 TXusan VCOy
circuitos de AGC, en el RXse baja la RF a
una FI antes de la demodulación del circuito
de AGCse toma lectura para el nivel de señal
recibida.

57. 57

58. 58
Circuladores y Filtros
•La misma antena es usada para TXy RX.
•Se emplean circuladoresy 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
TXMOD
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 kcambiarán 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 366Mbps
•Configuration:1+0, 1+1
•Channel Bandwidth: 7 –28; (7 -56)
•Modulations:QPSK,16APSK, 32APSK, 64QAM, 128QAM, 256QAM
•Interfaces:4x1000Base-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
Ejemploequipocomercial: CFIPPhoeniX Main Features

86. CFIPPhoeniXIDUInterfaces
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. CFIPPhoeniXhighlights
•Ideal for building hybrid TDM/ IP networks
•Industrial grade fanlessdesign increases reliability and enables
low power consumption
•Excellent upgrade for existing PDHsplit mount systems
•Most up-to-date technology utilizing 256QAM modulation and
56MHz channel
•Up to 4093 concurrent VLANtraffic
•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 45
0
to
vertical for both V and H polarization
•Standard UBRflange for antenna
•N-Type connector for IDU-ODUcable
•BNC connector for RSSIlevel
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, Bytesup to 9728 Bytes
•MAC address learning8K MAC addresses
•QoS 4 level DiffServor 8 level 802.1p 4 prioritization
queues with VLAN
advancedtraffic policing/rate-limiting
Flexible scheduling schemes (SP/WRR)
RFC1349 -IPv4 TOS
RFC2474 -IPv4 DSCP
•CoS, 802.1p: Yes, per interface CoS(8 CoSserved by 4 queues)
•Performance monitoring:Per port Ethernet counters; Enhanced radio
Ethernet statistics (Frame Error Rate,
Throughput, Capacity
•Flow Control, 802.3x:Yes
•VLANsupport, 802.1q:Yes, up to 4094concurrent traffic VLANs
•Spanning Tree: 802.1d-1998 STP

92. Adaptive Coding and Modulation (ACM)
•Hitless ACM
•improves link utilization
•maintainsthe highest link spectral
efficiency
•possible at any given time in any
link condition
•Multiple QoSpriorities increasethe
availability
•Increased link distance
ACM bandwidth capacity adaptation
Full modulation range: 256QAM, 128QAM,
64QAM, 32APSK, 16APSK, QPSK

93. CFIPPhoeniX 1+0configuration
•Basic split-mount 1+0 system with up to 20E1/T1 or up to
366 Mbps Ethernet

94. CFIPPhoeniX 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. CFIPPhoeniX 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