RU201892U1 - Радиочастотный модуль для радиорелейной линии связи - Google Patents

Abstract

Настоящая полезная модель относится к области радиосвязи, а именно к радиочастотному модулю для радиорелейной линии связи. Технический результат - обеспечение возможности автоматического создания беспроводного канала связи с пропускной способностью до 10 Гб/с в диапазоне частот от 57 ГГц до 71 ГГц.В радиочастотном модуле для радиорелейной линии связи установлены связанные и смонтированные на общей плате с интегрированным блоком питания блок модема и приемопередатчик с интегрированными приемной и передающей антенными решетками с возможностью автоматического поиска приемопередающих радиоустройств для создания канала связи, при этом приемопередатчик способен работать в диапазоне частот от 57 ГГц до 71 ГГц. Радиочастотный модуль дополнительно содержит host-контроллер, связанный с блоком модема, приемопередатчиком, и снабженный программными инструкциями, обеспечивающими обмен управляющими сигналами между модемом и приемопередатчиком с антенными решетками. При этом блок модема реализован на цифровом сигнальном процессоре. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящая полезная модель относится к области радиосвязи, а именно к радиочастотному модулю для радиорелейной линии связи, и может быть использована для обеспечения беспроводного соединения типа «точка-точка» в миллиметровом диапазоне волн.

ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

Близкими аналогами заявленной полезной модели являются устройства wAP 60G AP Mikrotik (режим доступа: https://mikrotik.com/product/wap_60g_ap/, дата обращения: сентябрь 2020 года) и MetroLinq™ 10G Tri-Band Omni IgniteNet (режим доступа: https://www.ignitenet.com/wireless-backhaul/ml-10g-omni, дата обращения: сентябрь 2020 года).

В устройствах компании Mikrotik применяется технология «качания луча» антенны (англ. Beam Steering), но максимальная пропускная способность для передачи данных не превышает 1 Гб/c. В устройстве компании IgniteNet суммарная пропускная способность выше, но всё равно не позволяет передавать 10 Гб/с. К тому же в этих устройствах не реализована технология «качания луча». Радиочастотный приемопередатчик устройства задействует три секторные антенны.

Указанные недостатки делают невозможным создание высокоскоростного канала связи с пропускной способностью до 10 Гб/с в автоматическом режиме с использованием известных устройств.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Техническая задача, лежащая в основе настоящей полезной модели, заключается в создании недорогого радиочастотного модуля, обеспечивающего высокоскоростное беспроводное соединение и работающего в диапазоне частот, не требующего лицензирования для его использования.

Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящей полезной модели, заключается в обеспечении возможности автоматического создания беспроводного канала связи с пропускной способностью до 10 Гб/с в диапазоне частот от 57 ГГц до 71 ГГц.

Технический результат достигается настоящей полезной моделью, в соответствии с которой заявлен радиочастотный модуль для радиорелейной линии связи, в котором установлены связанные и смонтированные на общей плате с интегрированным блоком питания блок модема и приемопередатчик с интегрированными приемной и передающей антенными решетками с возможностью автоматического поиска приемопередающих радиоустройств для создания канала связи, при этом приемопередатчик способен работать в диапазоне частот от 57 ГГц до 71 ГГц. Радиочастотный модуль дополнительно содержит host-контроллер, связанный с блоком модема, приемопередатчиком, и снабженный программными инструкциями, обеспечивающими обмен управляющими сигналами между модемом и приемопередатчиком с антенными решетками. При этом блок модема реализован на цифровом сигнальном процессоре.

Дополнительные преимущества и существенные признаки настоящей полезной модели могут быть представлены в следующих частных вариантах осуществления.

В частности, в радиочастотном модуле блок питания выполнен с поддержкой PoE.

В частности, в модуле программные инструкции блока модема способны реализовать алгоритм компенсации нелинейности передающего тракта.

В частности, в модуле программные инструкции блока модема способны реализовать алгоритм исправления ошибок в сигналах.

В частности, в модуле программные инструкции блока модема способны реализовать алгоритм адаптивной модуляции и полосы.

В частности, в модуле host-контроллер дополнительно снабжен программными инструкциями для управления установленным в блок модема и приемопередатчик программным обеспечением, обеспечения микроклимата внутри корпуса модуля, журналирования программной активности модуля и обеспечения графического интерфейса администрирования. Также host-контроллер обеспечивает алгоритм автоматического обнаружения ответного приемопередающего радиоустройства, установления связи с таким устройством и организации радиоканала с пропускной способностью до 10 Гб/с.

Под термином «PoE» понимается стандартизированная технология Power over Ethernet, в соответствии с которой одно устройство позволяет передавать другому устройству электрическую энергию вместе с данными через стандартную витую пару в сети Ethernet.

Под термином «IQ-сигнал» понимается цифровой или аналоговый сигнал, представленный в форме синфазной I (англ. In-Phase), и квадратурной Q (англ. Quadrature) составляющих сигнала.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

ФИГ.1 иллюстрирует блок-схему радиочастотного модуля.

ФИГ.2 иллюстрирует блок-схему алгоритма управления, реализованного на host-контроллере.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Описание варианта осуществления полезной модели может быть использовано в качестве примера для лучшего понимания ее сущности и изложено с ссылками на ФИГ.1, которая иллюстрирует блок-схему радиочастотного модуля, и ФИГ.2, которая иллюстрирует блок-схему алгоритма управления, реализованного на host-контроллере. При этом приведенные ниже подробности призваны не ограничить сущность полезной модели, а сделать ее более ясной.

В соответствии с ФИГ.1, в радиочастотном модуле блок модема 11 связан с радиочастотным приемопередатчиком 12, host-контроллером 13 и блоком 10GbE PHY 15. Приемопередатчик 12 связан с двумя фазированными антенными решетками 14. Несмотря на то, что приемопередатчик 12 и антенные решетки 14 изображены на ФИГ.1 как отдельные узлы устройства, в предпочтительном варианте осуществления антенные решетки 14 являются интегрированными в приемопередатчик 12, т.е. образуют с ним единый функциональный блок. Блок 10GbE PHY 15 связан с узлом оптического интерфейса 10GbE SFP+ 16. Характер связи всех упомянутых выше устройств можно трактовать как обмен, т.е. связанные между собой блоки способны принимать и передавать друг другу аналоговые или цифровые информационные, управляющие, служебные сигналы. Блок питания 17 выполнен с поддержкой PoE и связан с узлом PoE 18. Несмотря на то, что на ФИГ.1 не указана в явном виде связь блока питания 17 с другими блоками и узлами модуля, помимо узла PoE 18, следует понимать, что блок питания обеспечивает питанием все блоки и узлы радиочастотного модуля, которые того требуют. В различных вариантах осуществления, не упомянутые в настоящем описании, блок питания 17 может обеспечивать питанием иные устройства и узлы, не являющиеся частями радиочастотного модуля. При этом блок питания 17, блок модема 11 и приемопередатчик 12 смонтированы на одной общей плате. Это обеспечивает компактность устройству и возможность его выполнения в виде моноблока в едином корпусе.

Блок модема 11 реализован на цифровом сигнальном процессоре SoC MaxLinear, позволяющем предоставить исчерпывающий перечень функций цифровой обработки для обеспечения обмена сигналами с радиочастотным приемопередатчиком. В различных случаях применения радиочастотный модуль может быть использован вне помещений, например, на крыше зданий. Выбор такого многофункционального процессора является оправданным для того, чтобы снизить требования к техническому обслуживанию для конечного пользователя. Совместно с другими результатами и признаками настоящей полезной модели такое выполнение блока модема позволяет в целом сделать процессы обслуживания и использования полезной модели по назначению в большей степени автоматическими, без необходимости привлечения или присутствия технического персонала вблизи места использования радиочастотного модуля.

Для обеспечения возможности использования радиочастотного модуля в радиорелейных линиях связи, программные инструкции блока модема 11 могут быть способны реализовать одну или несколько из следующих опций:

– алгоритм компенсации нелинейности передающего тракта Predistortion, который позволяет добиться высокой выходной мощности приемопередатчика на высоких модуляциях, вплоть до 128-QAM;

– алгоритм исправления ошибок в сигналах FEC, который позволяет улучшить показатель чувствительности приемника при определенных BER;

– алгоритм адаптивной модуляции и полосы ACMB, который позволяет автоматически подстраивать режим работы радио к погодным условиям, тем самым увеличивая коэффициент доступности радиорелейной линии связи.

Радиочастотный приемопередатчик 12 может быть реализован на основе модуля компании SiversIMA или модуле с аналогичными техническими параметрами. Связь блока модема 11 и приемопередатчика 12 может быть обеспечена посредством BB-IQ (Base Band IQ) интерфейса. Упомянутый в качестве примера модуль компании SiversIMA включает все необходимые блоки для работы приемопередатчика в диапазоне от 57 ГГц до 71 ГГц и две многоэлементные антенные решетки 14, одна из которых является приемной, а вторая – передающей. Возможность приемопередатчика работать в указанном диапазоне частот позволяет разместить в этом диапазоне 7 независимых частотных каналов по 2000 МГц, пригодных для установления канала связи с пропускной способностью до 10 Гб/с.

В частности, решетки 14 могут состоять из шестнадцати элементов каждая. Одним из важных преимуществ упомянутого модуля является его способность управлять диаграммой направленности антенной решетки 14. В частности, упомянутая способность управлять может быть обеспечена реализованной технологией «качания луча» (англ. Beam Steering). Каждая антенная решетка может состоять из 4 рядов, в каждом из которых установлено по 16 излучающих/принимающих элементов – антенн. Совместно с другими результатами и признаками настоящей полезной модели такое выполнение антенных решеток позволяет обеспечить автоматически настраиваемую диаграмму направленности антенн для поиска других ответных радиочастотных приемопередающих устройств для установления беспроводного канала связи. Отметим, что алгоритм установления канала связи в таком случае становится автоматическим и не требует участия технического персонала, к примеру, исключает необходимость юстировки антенной решетки.

Host-контроллер 13 снабжен программными инструкциями, обеспечивающими обмен управляющими сигналами между модемом и приемопередатчиком с антенными решетками. Программные инструкции, выполняемые на host-контроллере, позволяют реализовать алгоритм сканирования лучом и поиска ответного радиочастотного приемопередающего устройства для антенных решеток 14.

Алгоритм управления, реализованный на host-контроллере, проиллюстрирован на ФИГ.2. В соответствии с представленной блок-схемой, на шаге 21 осуществляют проверку питания host-контроллера. На следующем шаге 22 осуществляют процедуру самопроверки работоспособности host-контроллера. На следующем шаге 23 осуществляют включение передатчика и сканирование радиолучом в поисках ответного сигнала. В случае проверки 24, если приемопередатчиком получен ответный сигнал при достигнутом угле направленности луча, то переходят к следующему шагу 25, на котором останавливают луч при достигнутом угле направленности и начинают процедуру установления канала связи. Иначе осуществляют возврат к предыдущему шагу 23. В случае проверки 26, если процедура установления канала связи завершилась успешно, то переходят к следующему шагу 27, на котором осуществляют выбор максимального профиля модуляции, соответствующего текущему соотношению сигнал/шум (англ. SNR – Signal-to-Noise Ratio). Иначе осуществляют возврат к шагу 23. На следующем шаге 28 завершают процедуру установления канала связи и начинают передачу данных.

При использовании созданного канала связи в случае его разрыва по причине окончания доступности ответного радиочастотного приемопередающего устройства инициируют запуск алгоритма на ФИГ.2, начиная с шага 21, 22, или, возможно, с шага 23. Это означает, что в случае разрыва связи host-контроллер обеспечивает автоматический поиск нового корреспондента для установления канала связи.

Помимо этого, host-контроллер 13 снабжен программными инструкциями для управления установленным в блоки модема и приемопередатчика программным обеспечением, обеспечения микроклимата внутри корпуса модуля, журналирования программной активности модуля и обеспечения интерфейса администрирования. В частности, интерфейс может быть представлен графическим WEB-интерфейсом и, помимо этого, одним или несколькими стандартными интерфейсами из группы: SNMP, CLI, Telnet.

Радиочастотный модуль используют следующим образом.

Поскольку диапазон частот, в котором работает модуль, является 57-71 ГГц, не требуется проходить процедуры согласования или лицензирования использования частот в этом диапазоне. При этом поскольку упомянутый диапазон характеризуется высоким поглощением радиоволн в кислороде, то ответные приемопередающие устройства должны находиться на расстоянии нескольких сот метров от места установки радиочастотного модуля, в котором использована заявленная полезная модель. Обычные случаи использования такого модуля могут быть представлены организацией IP-видеонаблюдения, канала связи между дистанционно разнесенными зданиями одного предприятия, точки доступа к сети Интернет для пользователей, находящихся в близлежащих домах.

Стандартный Ethernet поток данных с характеристиками 10GbE/1GbE/100Base-Tx поступает на входной интерфейс 16. Затем поток передается в блок модема 11, где осуществляется его кодирование, разделение на каналы IQ, модуляция, проведение Predistortion и/или других доступных опций. Дифференциальные IQ-сигналы затем поступают на приемопередатчик 12, где преобразуются в сигналы миллиметровых волн с частотой одного из 7-ми частотных каналов в диапазоне 57-71 ГГц. Размещенная на выходе приемопередатчика 12 передающая антенная решетка 15 может управляться по фазе и амплитуде сигнала, что позволяет сформировать различную диаграмму направленности автоматически. На входе приемопередатчика 12 размещена аналогичная приемная антенная решетка 14. При работе устройства для установления канала связи host-контроллер 13 способен реализовывать алгоритм, описанный с ссылкой на ФИГ.2. При этом следует учесть, что перспективная возможность масштабирования радиочастотного модуля позволяет со временем расширять набор выполняемых алгоритмов и протоколов обработки данных на программном уровне за счет загрузки посредством host-контроллера 13 новых программных инструкций без необходимости физического улучшения или замены узлов радиорелейного модуля.

Таким образом, заявленная полезная модель позволяет создавать высокоинтегрированные модули, включающие в себя модем, блок питания и приемопередатчик. Устройство позволяет создать канал связи на скорости до 10 Гб/с при работе на частоте около 57-71 ГГц. Это способствует уменьшению стоимости высокоскоростных каналов связи, размеров устройств, потребляемой ими мощности их габаритов и массы.

Claims (7)

1. Радиочастотный модуль для радиорелейной линии связи, в котором установлены связанные и смонтированные на общей плате с интегрированным блоком питания блок модема и приемопередатчик с интегрированными приемной и передающей антенными решетками с возможностью автоматического поиска приемопередающих радиоустройств для создания канала связи, при этом приемопередатчик способен работать в диапазоне частот от 57 ГГц до 71 ГГц, отличающийся тем, что дополнительно содержит host-контроллер, связанный с блоком модема, приемопередатчиком, и снабженный программными инструкциями, обеспечивающими обмен управляющими сигналами между модемом и приемопередатчиком с антенными решетками, при этом блок модема реализован на цифровом сигнальном процессоре.

2. Радиочастотный модуль по п.1, в котором блок питания выполнен с поддержкой PoE.

3. Радиочастотный модуль по п.1, в котором программные инструкции блока модема способны реализовать алгоритм компенсации нелинейности передающего тракта.

4. Радиочастотный модуль по п.1, в котором программные инструкции блока модема способны реализовать алгоритм исправления ошибок в сигналах.

5. Радиочастотный модуль по п.1, в котором программные инструкции блока модема способны реализовать алгоритм адаптивной модуляции и полосы.

6. Радиочастотный модуль по п.1, в котором host-контроллер дополнительно снабжен программными инструкциями для управления установленным в блок модема и приемопередатчик программным обеспечением, обеспечения микроклимата внутри корпуса модуля, журналирования программной активности модуля и обеспечения графического интерфейса администрирования.

7. Радиочастотный модуль по п.1, в котором host-контроллер обеспечивает алгоритм автоматического обнаружения ответного приемопередающего радиоустройства, установления связи с таким устройством и организации радиоканала с пропускной способностью до 10 Гб/с.

Images