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마이크로파 전송

Microwave transmission
강수성 수증기 수준이 0.001mm인 건조한 공기 중 마이크로파의 대기 감쇠.그래프의 아래쪽 스파이크는 산소 분자와 같이 마이크로파가 더 강하게 흡수되는 주파수에 해당합니다.

마이크로파 전송은 전자파 스펙트럼의 마이크로파 범위(1m~1mm)의 파장을 가진 전자파에 의한 정보 전송이다.마이크로파 신호는 보통 가시선으로 제한되므로, 이러한 신호를 사용하는 장거리 전송에는 마이크로파 릴레이 네트워크를 형성하는 일련의 리피터가 필요합니다.대류권 산란을 이용한 수평 이상 통신에서 마이크로파 신호를 사용하는 것은 가능하지만, 그러한 시스템은 비용이 많이 들고 일반적으로 전문가 역할에만 사용된다.

1931년 영국 해협을 가로지르는 실험적인 40마일(64km) 마이크로파 통신 링크가 입증되었지만, 제2차 세계 대전에서의 레이더 개발은 마이크로파 통신의 실질적인 이용을 위한 기술을 제공했다.전쟁 중, 영국 육군은 무선 10호기를 도입했는데, 이 무선 10호는 장거리 전화 채널 8개를 다중화하기 위해 마이크로파 릴레이를 사용했다.영국 해협을 가로지르는 연결 고리를 통해 버나드 몽고메리 장군은 런던에 있는 그의 그룹 본부와 계속 연락을 취할 수 있었다.

전후에는 마이크로파 기술의 발전이 빨랐고, 이로 인해 북미와 유럽에서 여러 대륙 횡단 마이크로파 중계 시스템이 구축되었다.한 번에 수천 통의 전화를 전송할 뿐만 아니라, 이러한 네트워크는 국가 간 방송, 그리고 나중에는 컴퓨터 데이터를 위한 텔레비전 신호를 보내는 데도 사용되었습니다.1970년대와 80년대에 통신 위성이 텔레비전 방송 시장을 장악했고, 1980년대, 특히 90년대에 장거리 광섬유 시스템이 도입되면서 중계 네트워크가 급격히 다운되었고, 그 대부분은 폐기되었다.

최근 몇 년 동안, 무선 네트워크와 같은 새로운 통신 기술과 텔레비전과 라디오를 직접 가정으로 방송하는 직접 방송 위성에 의해 마이크로파 스펙트럼의 사용이 폭발적으로 증가하고 있다.일반적으로 긴 릴레이 체인으로 구성되어 있지 않지만, 보다 큰 가시거리 링크는 이동전화 타워 간의 접속을 처리하기 위해 다시 한번 인기를 끌고 있습니다.

사용하다

마이크로파는 파장이 작기 때문에 크기가 작은 안테나가 수신 안테나를 직접 가리킬 수 있는 좁은 빔으로 방향을 잡을 수 있기 때문에 포인트 투 포인트 통신에 널리 사용된다.이를 통해 인근 마이크로파 기기는 저주파 전파와 마찬가지로 서로 간섭하지 않고 동일한 주파수를 사용할 수 있습니다.이 빈도를 재사용하면 희박한 무선 스펙트럼 대역폭이 절약됩니다.또 다른 장점은 마이크로파의 높은 주파수는 마이크로파 대역에 매우 큰 정보 전달 능력을 제공한다는 것입니다. 마이크로파 대역은 그 아래에 있는 다른 모든 무선 스펙트럼의 30배 대역폭을 가집니다.단점은 마이크로파가 시선 전파로 제한된다는 것입니다. 저주파 전파처럼 언덕이나 산을 통과할 수 없습니다.

독일 바이에른주 라이스팅에 거점을 둔 Erdfunkstelle Laisting용 포물선 위성 안테나

마이크로파 무선 전송은 일반적으로 지구 표면의 포인트 투 포인트 통신 시스템, 위성 통신 및 심우주 무선 통신에 사용됩니다.마이크로파 무선 대역의 다른 부분은 레이더, 무선 내비게이션 시스템, 센서 시스템, 그리고 전파 천문학에 사용된다.

다음으로 높은 주파수 대역인 30GHz에서 300GHz 사이는 파장이 10mm에서 1mm 사이이기 때문에 밀리파라고 불립니다.이 대역의 전파는 대기의 가스에 의해 강하게 감쇠된다.이것은 그들의 실제적인 전송 거리를 수 킬로미터로 제한하기 때문에, 이러한 주파수는 장거리 통신에 사용할 수 없습니다.밀리미터파 대역에 필요한 전자 기술도 마이크로파 대역에 비해 발전 초기 단계에 있다.

무선 정보 전송

최근에는 무선 전력 전송에 전자파가 사용되고 있습니다.

마이크로파 무선 릴레이

미국 AT&T Long Lines 마이크로파 중계망의 일부인 워싱턴주 시애틀의 전화 교환 센터 옥상에 있는 C-밴드혼 리플렉터 안테나
독일 함부르크의 Heinrich-Herz-Turm에 있는 수십 개의 전자레인지

마이크로파 라디오 릴레이는 1950년대와 1960년대에 좁은 마이크로파 빔으로 두 지상파 지점 사이의 장거리 전화나 텔레비전 프로그램과 같은 정보를 전송하기 위해 널리 사용된 기술이다.마이크로파 송신기 및 지향성 안테나는 시선상의 많은 정보채널을 반송하는 마이크로파의 좁은 빔을 다른 중계국에 송신하고, 그 중계국은 지향성 안테나 및 수신기로 수신하여 두 지점 사이에 고정 무선접속을 형성한다.링크는 종종 양방향으로 이루어졌으며, 양 끝에 있는 송신기와 수신기를 사용하여 양방향으로 데이터를 전송했습니다.시선 요건은 관측소 사이의 거리를 약 48~80km(30~50마일)로 제한한다.장거리에서는, 수신 스테이션이 릴레이로서 기능해, 수신한 정보를 이동중에 다른 스테이션에 재발송신 할 수 있습니다.마이크로파 중계국 체인은 대륙 횡단 거리에 걸쳐 통신 신호를 전송하기 위해 사용되었다.마이크로파 중계소는 종종 높은 건물과 산꼭대기에 위치했고, 안테나는 최대 사거리를 얻기 위해 타워에 설치되었다.

1950년대부터 미국의 AT&T Long Lines 시스템과 같은 마이크로파 중계기 네트워크는 도시 [1]간의 장거리 전화와 텔레비전 프로그램을 전송했다.TDX라고 불리며 AT&T에 의해 구축된 첫 번째 시스템은 1947년 뉴욕과 보스턴을 8개의 라디오 [1]중계국으로 연결했다.1950년대까지, 그들은 TD2로 알려진 약간 개선된 버전의 네트워크를 미국 전역에 배치했습니다.여기에는 산맥을 횡단하고 대륙을 가로지르는 긴 데이지 체인 연결 고리도 포함되어 있었다.1970년대 통신위성의 발사는 더 저렴한 대안을 제공했다.대륙횡단 트래픽의 대부분은 현재 인공위성과 광섬유를 통해 전송되고 있지만 마이크로파 릴레이는 더 짧은 거리에서 여전히 중요합니다.

계획.

캘리포니아 남부 프레이저 마운틴에 있는 전자레인지 릴레이 접시가 있는 통신탑

전파는 한쪽 안테나에서 다른 쪽 안테나로의 가시경로에 국한된 좁은 빔을 통과하기 때문에 다른 마이크로파 기기에 간섭하지 않기 때문에 인근 마이크로파 링크는 동일한 주파수를 사용할 수 있습니다.안테나는 고방향(고이득)이어야 합니다.이러한 안테나는 장거리 전송을 가능하게 하기 위해 대형 무선 타워 등 높은 위치에 설치됩니다.무선 릴레이 링크 설치에 사용되는 일반적인 안테나 유형은 포물선 안테나, 유전체 렌즈 및 직경이 최대 4m인 혼 반사 안테나입니다.지향성이 높은 안테나를 사용하면 전송 거리가 긴 경우에도 사용 가능한 주파수 스펙트럼을 경제적으로 사용할 수 있습니다.

덴마크 군용 무선 중계 노드

사용되는 주파수가 높기 때문에 스테이션 간의 가시 경로가 필요합니다.또한 빔의 감쇠를 방지하려면 첫 번째 플레넬존이라고 불리는 빔 주위에 장애물이 없어야 합니다.신호 필드에 장애물이 있으면 원치 않는 감쇠가 발생합니다.높은 산봉우리나 산등성이의 위치가 이상적인 경우가 많습니다.

다른 주파수로 전송되는 백 투 백 무선을 사용하는 기존의 리피터 외에 마이크로파 경로의 장애물은 패시브 리피터 또는 온 주파수 리피터를 사용하여 처리할 수 있습니다.

텔레비전 뉴스에 의한 리모트 방송에 이용되는 제작 트럭은, 접이식 망원 마스트에 마이크로파 접시를 달아, 라이브 비디오를 스튜디오에 송신합니다.

무선 링크를 계획할 때 고려해야 할 중요한 문제는 장애물, 지구의 곡률, 지역의 지리 및 인근 토지(제조 및 임업 등)의 사용으로 인한 수신 문제이다.계획 프로세스에서는 전송 경로에 영향을 미치는 지형 및 프레넬 존에 대한 정보를 제공하는 "경로 프로파일"을 생성하는 것이 중요합니다.또한 경로를 따라 호수나 강 등의 수면이 존재하는 것도 고려해야 합니다. 이는 빔을 반사시킬 수 있고 직접 빔과 반사 빔이 수신 안테나를 간섭하여 멀티패스 페이딩을 일으킬 수 있기 때문입니다.멀티패스 페이드는 보통 작은 스폿 및 좁은 주파수 대역에서만 깊기 때문에 공간 및/또는 주파수 다양성 스킴을 적용하여 이러한 영향을 완화할 수 있습니다.

대기 성층화의 영향은 일반적인 상황에서 무선 경로를 아래로 구부리게 하므로, 지구 등가 곡률이 6370km에서 약 8500km로 증가하면 큰 거리가 가능하다(4/3 등가 반지름 효과).온도, 습도 및 압력 프로파일 대 높이에서 드물게 발생하는 현상은 편차와 전파 왜곡을 크게 일으켜 변속기의 품질에 영향을 미칠 수 있습니다.특히 10GHz 이상의 주파수에서 비가 옅어지는 고강도 비와 눈도 손상 요인으로 고려해야 한다.통칭으로 경로 손실이라고 알려진 이전의 모든 요소들은 대부분의 통신 사업자의 '반송파 클래스' 서비스에 사용되는 표준 99.99% 또는 99.999%와 같이 높은 시간 동안 링크가 작동하도록 유지하기 위해 적절한 전력 마진을 계산할 필요가 있습니다.

지금까지 알려진 가장 긴 마이크로파 무선 중계기는 Jebel Erba(2170m a.s.l) 사이의 360km(200mi) 홉으로 홍해를 횡단합니다.20°44º46.17ºN 36°50º24.65ºE / 20.7461583°N 36.8401806°E / 20.7461583; 36.8401806, 수단) 및 제벨다카(2572m a.s.l., 21°5º36.89ºN 40°17º29.80E/21.80E).이 링크는 1979년 Telettra에 의해 2GHz 주파수 대역에서 300개의 전화 채널과 1개의 TV 신호를 전송하기 위해 구축되었습니다.(홉 디스턴스는 2개의 마이크로파 [2]스테이션 사이의 거리입니다.

이전의 고려사항들은 소위 백본 네트워크에 마이크로파를 사용하는 지상파 무선 링크를 특징짓는 전형적인 문제를 나타냅니다. 즉, 1990년대까지 주로 몇 십 킬로미터(일반적으로 10 ~60 km)의 홉 길이가 사용되었습니다.10GHz 미만의 주파수 대역, 그리고 무엇보다도 전송해야 할 정보는 고정 용량 블록을 포함하는 스트림이었습니다.타깃은 전체 블록(Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH 또는 Synchronous Digital Hierarchy, SDH)에 대해 요청된 가용성을 제공하는 것이었습니다.하루 중 짧은 시간 동안 링크에 영향을 미치는 페이딩 및/또는 멀티패스는 다이버시티 아키텍처로 대응해야 했습니다.1990년대에 마이크로파 무선 링크는 셀룰러 네트워크의 도시 링크에 널리 사용되기 시작했다.링크 거리에 관한 요건은 짧은 홉(10km 미만, 통상은 3~5km)으로 변경되어 주파수는 11~43GHz 대역으로 증가해 최근에는 최대 86GHz(E밴드)까지 증가했습니다.또한, 링크 계획은 다중 경로보다는 강우량을 더 많이 다루기 때문에 다양성 계획은 덜 사용되었다.지난 10년 동안 일어난 또 다른 큰 변화는 패킷 무선 전송을 향한 발전이었습니다.따라서 적응 변조와 같은 새로운 대책이 채택되었습니다.

방출 전력은 셀룰러 및 마이크로파 시스템에서 조절됩니다.이러한 마이크로파 전송은 일반적으로 0.03 ~ 0.30 W의 방출 전력을 사용하며, 몇 도(1 ~3-4) 떨어진 좁은 빔의 포물선 안테나에 의해 방사됩니다.마이크로파 채널 배치는 International Telecommunication Union(ITU-R; 국제전기통신연합) 및 현지 규제(ETSI, FCC)에 의해 규제됩니다.지난 10년 동안 각 마이크로파 대역의 전용 스펙트럼은 매우 혼잡해졌고, 주파수 재사용, 편파 분할 다중화, XPIC, MIMO와 같은 전송 용량을 증가시키는 기술을 사용하게 되었습니다.

역사

1931년 실험용 1.7GHz 마이크로파 릴레이 안테나는 영국 해협을 가로지르는 링크입니다.수신 안테나(배경, 우측)는 간섭을 피하기 위해 송신 안테나 뒤에 배치되어 있습니다.
미군 신호대 휴대용 마이크로파 중계소, 1945년.마이크로파 중계 시스템은 제2차 세계 대전 때 안전한 군사 통신을 위해 처음 개발되었습니다.

라디오 중계 통신의 역사는 1898년 요한 마트타우슈가 오스트리아 저널, Zeitschrift für Electrotechnik에 [3][4]발표한 것에서 시작되었다.그러나 그의 제안은 원초적이어서 실용에 적합하지 않았다.1899년 에밀 과리니 포레시오가 [3]라디오 신호를 중계하기 위해 라디오 중계국을 이용한 최초의 실험을 수행했다.그러나 처음 40년 동안 사용된 저주파 및 중주파 전파는 지상파와 하늘파 전파에 의해 장거리를 이동할 수 있는 것으로 입증되었다.라디오 중계기의 필요성은 1940년대에 이르러서야 실제로 시작되었는데, 마이크로파의 개발은 시야에 따라 이동했고 따라서 시야 지평선에 의해 약 40마일(64km)의 전파 거리로 제한되었다.

1931년 앙드레 C가 이끄는 영불 컨소시엄이 결성되었다.클라비어는 10피트(3m) 크기의 [5]접시를 사용하여 영국 해협을 가로지르는 실험적인 마이크로파 릴레이 링크를 시연했습니다.텔레포니, 전신 및 팩시밀리 데이터는 영국 도버와 프랑스 칼레 사이의 40마일(64km) 양방향 1.7GHz 빔을 통해 전송되었습니다.요리의 초점에 위치한 작은 바크하우젠-쿠르츠 튜브에 의해 생성된 복사 전력은 0.5와트였습니다.1933년 세인트루이스 공항 사이의 군용 마이크로파 링크.프랑스의 잉글베르와 56km(35마일)의 거리에 있는 영국의 림프네는 1935년 최초의 상용 마이크로파 [6]중계 시스템인 300MHz 통신 링크가 뒤를 이었다.

제2차 세계대전 중 레이더의 개발은 실용적인 마이크로파 통신 링크, 특히 클라이스트론 발진기와 포물선 안테나를 설계하는 기술을 가능하게 한 많은 마이크로파 기술을 제공했다.일반적으로 알려져 있지는 않지만, 영국 육군은 제2차 세계대전 동안 무선 세트 번호 10번을 이 역할에 사용했습니다.

전쟁 후, 전화 회사들은 이 기술을 장거리 전화를 전송할 수 있는 대형 마이크로파 라디오 중계망을 구축하기 위해 사용했다.1950년대 미국 전화 통신사인 AT&T Long Lines의 사업부는 미국 전역의 마이크로파 중계 링크를 대륙 횡단 시스템으로 구축했으며, 이 시스템은 미국 장거리 전화 트래픽의 대부분과 텔레비전 네트워크 [7]신호를 전송할 수 있도록 성장했습니다.1946년에 케이블 대신 마이크로파 라디오를 사용한 주된 동기는 대용량을 더 적은 비용으로 빠르게 설치할 수 있다는 것이었다.당시에는 마이크로파 라디오의 연간 운영 비용이 케이블보다 더 클 것으로 예상되었습니다.갑자기 대용량을 도입해야 하는 두 가지 주요 이유가 있었습니다. 전쟁 기간 동안의 공백으로 인해 장거리 전화 서비스에 대한 수요가 증가했고, 라디오보다 더 많은 대역폭을 필요로 하는 새로운 텔레비전 매체였습니다.시제품은 TDX라고 불리며 1946년 뉴욕시와 벨 연구소의 위치인 머레이 힐 사이의 연결부에서 테스트되었다.TDX 시스템은 1947년 뉴욕과 보스턴 사이에 설치되었다.TDX는 송신기에 [Morton tube, 416B, 이후 416C, Western Electric 제조]를 사용한 TD2 시스템으로 업그레이드되었고, 이후 솔리드 스테이트 전자 장치를 사용한 TD3로 업그레이드되었습니다.

리히트펑크스텔 베를린-프로나우

주목할 만한 것은 냉전 기간 동안 서베를린으로 가는 마이크로파 중계기였는데, 이 중계기는 서독과 베를린 사이의 기술적 타당성 가장자리의 거리가 멀기 때문에 건설되고 운영되어야 했다.전화 네트워크 외에 TV 및 라디오 방송 배포를 위한 마이크로파 릴레이 링크도 있습니다.여기에는 스튜디오에서 전국에 분산된 방송 시스템과 라디오 방송국 간 연결(예: 프로그램 교환)이 포함되었습니다.

군용 마이크로파 중계 시스템은 1960년대까지 계속 사용되었으며, 이 시스템 중 많은 것이 대류권 산란 또는 통신 위성 시스템으로 대체되었다.북대서양조약기구(NATO)의 군부대가 결성되었을 때, 이 기존 장비들의 대부분은 통신 그룹으로 옮겨졌다.그 기간 동안 NATO에 의해 사용된 전형적인 통신 시스템은 주최국의 전화 통신 사업체가 사용하기 위해 개발된 기술로 구성되었다.미국의 한 예로 RCA CW-20A 1-2GHz 마이크로파 릴레이 시스템을 들 수 있습니다.이 시스템은 고주파 시스템에서 요구되는 강성 도파로가 아닌 유연한 UHF 케이블을 사용하여 전술적인 용도에 이상적입니다.전형적인 마이크로파 릴레이 장치 또는 휴대용 밴에는 두 개의 무선 시스템(및 백업 장치)이 두 개의 조준선을 연결합니다.이러한 무전기들은 마이크로파 반송파에 다중화된 24개의 전화 채널 (즉, Lenkurt 33C FDM)을 종종 전송합니다.어떤 채널이든 최대 18개의 텔레타입 통신을 전송하도록 지정할 수 있습니다.독일과 다른 회원국의 유사한 시스템도 사용되었다.

장거리 마이크로파 릴레이 네트워크는 1980년대까지 많은 국가에서 구축되었으며, 그 때 이 기술은 비트당 비용을 절감하는 광섬유 케이블과 통신 위성 같은 새로운 기술에 의해 고정 작동의 몫을 잃었습니다.

마이크로파 스파이

냉전 기간 동안, 국가안보국(NSA)과 같은 미국 정보 기관들은 유올라이트 [8]같은 인공위성을 이용하여 소련의 마이크로파 트래픽을 차단할 수 있었던 것으로 알려졌다.마이크로파 링크의 빔의 대부분은 수신 안테나를 통과하여 지평선을 향해 우주로 방사됩니다.빔 경로 내에 지동기 위성을 위치시킴으로써 마이크로파 빔을 수신할 수 있다.

세기가 바뀌면서 마이크로파 무선 중계 시스템이 휴대용 무선 애플리케이션에 점점 더 많이 사용되고 있습니다.이 테크놀로지는, 운용 코스트의 삭감, 보다 효율적인 인프라스트럭처, 및 휴대용 무선 오퍼레이터에의 직접 하드웨어 액세스의 제공에 의해서, 특히 이 애플리케이션에 적합합니다.

마이크로파 링크

마이크로파 링크는 마이크로파 주파수 범위의 전파 빔을 사용하여 비디오, 오디오 또는 데이터를 두 위치 간에 전송하는 통신 시스템입니다. 두 위치 간에는 불과 몇 피트 또는 미터에서 몇 마일 또는 킬로미터 떨어져 있을 수 있습니다.마이크로파 링크는, 텔레비전 방송국에 의해서, 예를 들면, 나라 전체의 프로그램을 송신하거나, 외부 방송으로부터 스튜디오로 되돌리기 위해서, 일반적으로 사용됩니다.

모바일 유닛은 카메라를 장착할 수 있기 때문에 케이블을 끌지 않고 자유롭게 이동할 수 있습니다.스테디캠 시스템의 스포츠 필드 터치라인에서 자주 볼 수 있습니다.

마이크로파 링크 속성

마이크로파 링크 사용

  • 위성과 기지국 간의 통신에서
  • 셀룰러 시스템의 백본 캐리어로서
  • 근거리 실내 통신
  • 동선/광섬유 회선을 사용하지 않고 원격 전화 교환기와 지역 전화 교환기를 대규모(메인) 교환기에 연결
  • 두 장소 간의 비의 강도 측정

트로포스카터

지상 마이크로파 릴레이 링크는 타워 높이에 따라 수십 마일 또는 킬로미터로 시야 지평선까지의 거리가 제한됩니다.대류권 산란('트로포스카터' 또는 '산란')은 1950년대에 지평선 너머 수백 km 범위까지 마이크로파 통신 링크를 가능하게 하기 위해 개발된 기술이다.송신기는 수신기를 향해 수평선 위의 얕은 각도로 마이크로파 빔을 하늘로 방사합니다.빔이 대류권을 통과할 때 극초단파 에너지의 작은 부분이 수증기와 공기 중의 먼지에 의해 지상으로 다시 산란됩니다.수평선 너머의 민감한 수신기가 반사된 신호를 수신합니다.이 방법으로 얻을 수 있는 신호의 선명도는 날씨 및 기타 요인에 따라 달라지며, 그 결과 신뢰성 높은 over horizon 무선 릴레이 링크의 작성에 높은 수준의 기술적 어려움이 수반됩니다.따라서 트로포스카터 링크는 군사 통신과 같이 위성 및 기타 장거리 통신 채널을 신뢰할 수 없는 특수한 상황에서만 사용됩니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b Pond, Norman H (2008). The Tube Guys. Russ Cochran. p. 170. ISBN 9-780-9816-9230-2.
  2. ^ Umberto Casiraghi (May 21, 2010). "A vintage document: Reference Radio Link Telettra on the Red Sea, 360km and world record". Telettra. Retrieved 2012-10-02 – via Facebook.
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  4. ^ Mattausch, J. (16 January 1898). "Telegraphie ohne Draht. Eine Studie" [Telegraph without wire. A study] (PDF). Zeitschrift für Elektrotechnik (in German). Elektrotechnischen Vereines in Wien. XVI (3): 35–36 – via www.slyusar.kiev.ua.
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  • Artech House, Trevor Manning, 극초단파 무선 전송 설계 가이드,

외부 링크

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이 오디오 파일은 2005년 9월 22일(2005-09-22) 이 문서의 개정판에서 작성되었으며 이후 편집 내용은 반영되지 않습니다.
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