Hur man designar radionät för driftskontinuitet

Produkter som SATEL XPRS (en kommunikationsplattform för affärskritiska applikationer) där kommunikationsnätets tillgänglighet är kritisk för fullföljandet av uppdraget, vilket kan vara övervakning av en vattennivå, fjärrstyrning av pumpstationer, fjärrövervakning av driftsstatus i elnätet eller styrning av obemannade farkoster, måste fungera enligt uppsatta förväntningar. Kort sagt, radionät som XPRS är avsedda för applikationer där säkerhet och tillförlitlighet är ett måste, exakta data om hur tillgänglig uppkopplingen är är viktig.

Avancerade hjälpmedel

SATEL Network Design Center använder avancerade radionätverksverktyg för att ta fram en nätverksplan eller rapport. NDC-rapporten innehåller rekommendation av antenntyp och plats, antennens monteringshöjd, antenntyp, riktning samt kabellängder och typ av antennkabel. Vidare kommer NDC, baserat på nätverksplanen, att ge rekommenderade radioparametrar för att säkerställa den tillgänglighet som önskas. Det enda som behövs för att få fram en komplett bild av nätet är GPS-koordinaterna för de önskade stationsplatserna.

Hastigheter kan påverka räckvidden

Aspekter som påverkar prestanda i nätet är önskemål om överföringshastigheten, radioprotokollets datahastighet är relaterad till moduleringstekniken vilket i sin tur påverkar hur långa avstånd som kan nås. Komplex modulering erbjuder högre hastighet men har högre krav på radiokanalkvalitet. Å andra sidan har lägre hastigheter mindre komplex modulering vilket ställer lägre krav på överföringskanalen. Att veta vilken som är den önskade överföringshastigheten är viktigt för att kunna designa nätet optimalt. Snabbast möjliga är inte alltid bästa val.

För varje modulationstyp finns ett värde som definieras lägsta möjliga signalnivå vid vilken datapaketet kan identifieras och avkodas korrekt. Användning av lägre eller mindre komplexa moduleringar resulterar i allmänhet i bättre mottagarkänslighet och högre moduleringar kräver starkare mottagen signal. Genom att definera hastighetskrav kan en minimimodulation definieras som i sin tur ger en uppfattning om lägsta mottagarkänslighet, den signalnivå i dBm, som motsvarar den lägsta signalnivå mottagaren kan uppfatta.

Så här kan en nätutredning gå till

Ett kommunikationsnät i en kommun kräver en uppkoppling med en 100 kbit/s-hastighet för att klara uppdateringsfrekvensen och hämta data i realtid kombinerat med möjligheten att parallellt överföra bilder från varje station. Satel XPRS IP Radio router använder 32-QAM modulering för att uppnå denna lufthastighet. Nätverksägaren delar stationens platser i GPS-koordinater och för dessa platser börjar NDC sedan summera kända parametrar:

Ovanstående blir totalt 46 dBm

Därefter analyserar NDC de faktorerna som dämpar signalen:

För att ta fram dämpningen använder NDC globala databaser där terrängtyp och topografiska data samlats in för att användas för beräkning av vågutbredningsförluster, inklusive diffraktion och dämpning från hinder längs de tänkta länkstråken mellan stationer i systemet (baserade på uppgivna GPS-koordinater). I detta fall, för den terrängtyp och topografi som finns i systemet, blir den analyserade totala förlusten -134 dBm

Om man summerar alla parametrar i systemet blir den totala dämpningen -135,5 dBm. Genom att addera systemförstärkningen till dämpningen kan följande värde räknas fram: -135,5 + 46 = -89,5 dBm

Mottagarens känslighet

Radiomottagare har ett värde för känslighet som beskriver minsta signalstyrka som kan tolkas korrekt och avkodas till data. Känsligheten är en funktion av den använda moduleringen som i sin tur bestämmer den tillgängliga datahastigheten. Högre lufthastigheten sänker känsligheten och överföringsavståndet.

Känsligheten hos SATEL XPRS IP Radio router i denna applikation där önskemålet är 100 kbit/s är -101 dBm. I detta exempel är signalstyrkan -89,5 dBm > känslighet -101 dBm, så signalen kan avkodas och tolkas av mottagaren under optimala förhållanden.

Den resulterande NDC-rapporten ser ut som följer:

Inte tillräckliga marginaler

Satel NDCs mål är att ge högsta möjliga årliga tillgänglighet och behöver därför lämpliga signalstyrkemarginaler som kompenserar för varierade väderförhållanden, årstidsskiftningar och andra tillfälliga förändringar i radiomiljön. I det här fallet finns det (-89,5 dBm – -101 dBm = 11,5 dBm) knappast någon marginal, vilket kanske inte alltid räcker för alla radioförhållanden. Satel NDC rekommenderar normalt minst 15 dB marginal för att kompensera för verklighetens förändringar. Så vad är Satel NDCs rekommendation i detta fall?

Network Design Center analyserar topografi och terrängdata återigen och; det visar sig att längs radiosignalens väg finns det träd eller till och med skog som växer upp till tio till femton meter höga. Den dämpning som orsakas av skogen kan uppgå till 100 dBm för 1 km skog. Genom att ta reda på dessa fakta rekommenderar NDC en högre antennmast för att se till att signalen når ovanför trädtopparna, något som medför ytterligare kabeldämpning i antennkablarna.

Omräkning ger bra grund för korrekt utformat radionät

Nu är marginalen 23,5 dBm, något som ger en beräknad årlig tillgänglighet på 99,999872 årlig tillgänglighet.

Vågutbredning följer samma principer oavsett vilken teknik som används: Satel Professional Network Design Center kan tillhandahålla samma tjänster för samtliga trådlösa tekniker och frekvensband, som VHF, UHF för radiomodem och radiorouterteknik samt 450 MHz och 800 MHz och över 1 GHz-teknik för LTE- och 4G / 3G. Satel XPRS Network Design Center garanterar maximal tillförlitlighet, något som är viktigt för att kunna nå de satta kraven på tillgänglighet i trådlösa kommunikationsnät.