Методы снижения помех в RadioEthernet-сетях (стр. 1 из 2)

Сергей Лубенец

Увеличение количества провайдеров предоставляющих услуги доступа к сети Интернет по радиоканалам с использованием RadioEthernet и рост числа пользователей этих услуг привело к проблеме электромагнитной совместимости. В особенности это характерно для крупных городов, где количество RadioEthernet-провайдеров и операторов систем беспроводной передачи данных достигает 5...10. В результате диапазон частот 2,4...2,5ГГц оказался перегружен и зашумлен.

Проблема зашумленности остается актуальной и для других регионов, где вблизи указанного диапазона интенсивно работают системы сотовой связи GSM-1800, радиорелейная связь, ведомственные системы передачи данных. Конечным результатом подобной ситуации оказалось ухудшение качества радиосвязи и, соответственно, качества предоставляемых услуг конечному пользователю. Кроме того, в ближайшее время ожидается дополнительное обострение ситуации, вызванное разворачиванием системы широкополосного беспроводного доступа на базе технологии MMDS, работающей в близком к RadioEthernet диапазоне 2,5...2,7ГГц.

Сложившаяся обстановка заставляет операторов сетей передачи данных искать способы и средства для снижения уровня помех в радиоканалах систем. В связи с этим проанализируем возможные пути решения задачи повышения помехозащищенности, укажем основные подходы к улучшению качества радиосвязи в беспроводных сетях передачи данных. На наш взгляд, основными направлениями решения этой задачи являются:

Выбор специальных базовых и абонентских антенн, а также способа их установки и настройки.

Усиление полезных сигналов для выделения их на фоне действующих полей.

Использование высокочастотных фильтров-грозоразрядников для подавления внеполосных помех.

Снижение уровня помех грамотным подбором и установкой антенного хозяйства провайдера рассматривается многими специалистами как эффективный способ ухода от проблемы зашумленности диапазона, повышение надежности радиосвязи и скорости передачи данных. В основном это достигается использованием узконаправленных и узкополосных абонентских, а также секторных базовых антенн для выбора требуемого направления приема/передачи с целью пространственной селекции полезного сигнала.

Установка базовых секторных антенн возможна при покрытии провайдером определенного сектора территории, в пределах которого отсутствуют мощные источники радиоизлучения, создающие помехи. Однако этот подход невозможен в тех случаях, когда базовая станция провайдера находится в центре зоны покрытия, и необходимо устанавливать антенну с круговой диаграммой направленности. Правда, для круговой засветки можно использовать набор из нескольких секторных антенн с возможностью их индивидуальной настройки как по частоте, так и по углу места, а также с исключением тех антенн из набора, в направлении которых действуют помехи. Однако такое решение является технически сложным и дорогостоящим, а отказ от определенного сектора делает невозможным подключение к сети расположенных в нем абонентов.

Использование узконаправленных абонентских антенн может быть ограничено их сравнительно высокой стоимостью и нежеланием или невозможностью пользователя оплатить дополнительные расходы. К тому же, заранее может быть неизвестно, что будет более эффективно для потребителя:

установка недорогой антенны с широкой диаграммой направленности и низким, но достаточным коэффициентом усиления для снижения чувствительности приемного тракта и уменьшения вероятности прохождения вездесущей помехи;

применение более дорогой узконаправленной антенны, которая позволит пространственно отстроиться от действующей помехи.

Рис. 1. Внешний вид рупорной антенны

В такой ситуации можно рекомендовать поэтапный подход с использованием недорогих рупорных антенн, которые обладают свойством универсальности и, кроме самостоятельного применения, могут быть использованы также в качестве облучателя зеркальной антенны. Тогда схема подбора антенны для абонента выглядит следующим образом. На первом этапе выполняется установка рупорной антенны с усилением 12...14дБ_i, изображенной на рис.1. Если результаты работы будут неудовлетворительными, на втором этапе приобретается зеркало-отражатель, и на него устанавливается уже имеющаяся рупорная антенна как облучатель для получения узконаправленной антенны с усилением 17 или 24дБ_i (в зависимости от диаметра зеркала). Внешний вид зеркальной антенны с рупором-облучателем показан на рис.2. Таким образом, удается выбрать оптимальный вариант абонентской антенны при минимальных денежных затратах. При необходимости ухода от помехи путем изменения поляризации антенны, оно выполняется простым поворотом рупора-облучателя на 900 без необходимости демонтажа всей антенны и даже ее части.

Рис. 2. Внешний вид зеркальной антенны с рупором-облучателем

В общем случае устранение помех путем правильного подбора базовых и абонентских антенн, а также способа их установки является довольно эффективным, но дорогостоящим и трудоемким методом, требующим от провайдера вложения значительных средств и достаточно высокой квалификации специалистов. Часто это оказывается не под силу, особенно если на момент появления помех система уже развернута и средства вложены.

Реализация второго подхода с применением базовых и абонентских усилителей кроме увеличения дальности связи часто оказывается эффективным и при борьбе с помехами. В первую очередь из-за усиления передающих сигналов, в результате чего полезный сигнал выделяется на фоне действующих помех. Эффект от усиления принимаемого сигнала не так велик, а часто даже отрицателен, поскольку вместе с полезным входным сигналом усиливаются и помехи, находящиеся в диапазоне 2,4...2,485ГГц. В результате чрезмерное повышение чувствительности приемника системы может оказать пагубное влияние на качество ее работы и снизить скорость передачи данных.

В состав двунаправленного усилителя, используемого для усиления сигналов в RadioEthernet-сетях, входит встроенный диапазонный высокочастотный фильтр (LC-фильтр или фильтр на поверхностных акустических волнах), который настроен на центральную частоту 2,45ГГц и обеспечивает фильтрацию входного сигнала в полосе частот около 100МГц. Таким образом, усилитель подавляет помехи за пределами диапазона RadioEthernet, но оказывается бессильным при наличии помех в самом диапазоне, что как раз и характерно для нынешней ситуации. К тому же для многих производителей усилителей параметры используемых встроенных фильтров оставляют желать лучшего, что негативно сказывается на качестве фильтрации и работе изделия в целом. Наконец, отсутствие фильтра в передающем тракте усилителя приводит к увеличению уровня внеполосного излучения в цепи передатчика и появлению продуктов интермодуляции, что осложняет и без того непростую электромагнитную обстановку в эфире. Возможное применение на выходе усилителя фильтра для подавления гармоник не способствует в полной мере решению задачи подавления интермодуляционных помех.

Исходя из вышесказанного, можно предположить, что эффективным средством для борьбы с помехами в RadioEthernet-сетях может оказаться совместное использование усилителя с высокочастотным узкополосным фильтром, установленным в приемо-передающем тракте антенно-фидерной системы с оптимальной настройкой полосы пропускания фильтра на рабочую полосу действующего оборудования (на один или группу перекрывающихся рабочих каналов провайдера). В том же случае, если передаваемый и принимаемый полезный сигналы имеют достаточно высокий уровень мощности, наиболее целесообразным является самостоятельное использование фильтров, которые обычно вносят небольшие (порядка 0,5...1,5дБ) потери, и значительно дешевле усилителей. В связи с этим хотелось бы обратить внимание специалистов на возможность использования высокочастотных фильтров в диапазоне 2,45ГГц, детально остановиться на проблеме их выбора и применения, тем более что использование таких фильтров в системах связи с широкополосной модуляцией часто ставится под сомнение.

Действительно, использование в системах стандарта IEEE 802.11 на физическом уровне методов широкополосной модуляции сигнала обуславливает некоторую специфику применения с таких системах узкополосных высокочастотных фильтров для подавления помех. Так для оборудования, работающего с FHSS модуляцией и занимающего весь спектр частот в диапазоне 2,4...2,485ГГц, устранение взаимных помех с помощью дополнительных ВЧ-фильтров практически невозможно. Но при наличии мощных помех вне указанного диапазона, способных блокировать приемные каскады радиоаппаратуры и стопорить работу системы передачи данных в целом, вполне эффективным будет использование фильтров с шириной полосы пропускания около 80МГц, покрывающей весь суммарный спектр рабочих каналов FHSS-систем с глубоким подавлением внеполосных помех.

В системах передачи данных, использующих модуляцию DSSS, кроме широкополосных диапазонных фильтров вполне реальным является также применение и канальных фильтров с шириной полосы пропускания 25МГц и меньше. Такие фильтры способны подавить как мощные внедиапазонные помехи, так и взаимные помехи от оборудования RadioEthernet, работающего на соседних не перекрывающихся каналах.

Для снижения уровня помех ряд провайдеров пытаются приобретать герметично выполненные фильтры для их наружной установки, например, вместе с усилителем. Однако категорическое требование герметичности не всегда оправдано. Следует помнить о том, что фильтры в герметичном исполнении обычно имеют минимум органов регулировки, или же внешние органы настройки вообще могут отсутствовать. Это означает, что параметры высокочастотного фильтра, определяющиеся его конструкцией, уже невозможно изменить после его изготовления. В лучшем случае допускается незначительная их коррекция. Часто именно этим объясняются большие вносимые узкополосными фильтрами потери (2,5дБ и более), а также слабое внеполосное затухание. При этом говорить о качестве и максимальном соответствии параметров фильтра индивидуальным требованиям заказчика не приходится.