Optical Zonu Corporation uitgelicht op de Everything RF-website

Ook vermeld op

In alle sectoren, toepassingen en toepassingsvelden vindt draadloze communicatie steeds vaker plaats, maar de behoefte om radiofrequentiesignalen (RF) over grotere afstanden in kabels ("draden") met minimaal verlies te verzenden, groeit in een aanzienlijk tempo.

Dit is vooral een uitdaging nu hogere frequentiebanden worden ingezet om te profiteren van hogere capaciteit en snellere datasnelheden, ten koste van de veerkracht. Er worden bijvoorbeeld hoge frequenties gebruikt 5G mobiele communicatie, zoals mmWave, kunnen aanzienlijk meer doorvoer produceren, maar worden ook gemakkelijker onderbroken door natuurlijke of door de mens veroorzaakte obstakels waar zichtlijn vereist is. Deze verschuiving vindt ook plaats in de militaire communicatie, waar er een duidelijke overgang is van communicatie over de grens Ku-band (12.5-18 GHz) naar de Ka-band (26.5-40 GHz) om te profiteren van hogere gegevensoverdrachtsnelheden. Bij hogere frequenties zijn antennes nodig om de zichtlijn te behouden, terwijl de connectiviteit tussen de antenne en de communicatieapparatuur via coaxkabels of golfgeleiders plaatsvindt. De rol van glasvezel zal de hogere frequenties van bekabeld transport domineren.

Een andere groeiende complexiteit voor veerkrachtige draadloze communicatie is mobiliteit. Het behouden van een hoogfrequent signaal is al moeilijk genoeg in een stationaire omgeving, maar in militair en gebruiksscenario's voor uitzendingen, is het vaak nodig dat de antenne ver verwijderd is van de plaats waar de informatie wordt verzameld (dat wil zeggen een controlecentrum).

De inzet van antenne op afstand houden, benutten RF over glasvezel (RFoF) technologie komt naar voren als een cruciale oplossing om deze uitdagingen aan te pakken. Dit artikel onderzoekt de antenne-remote in RFoF en bespreekt de betekenis ervan, de onderliggende principes en het brede scala aan toepassingen in verschillende industrieën.

Wat is RFoF en antenne-afstandsbediening?

RFoF-technologie zet RF om in optische signalen voor verzending via glasvezelkabels, en converteert deze vervolgens weer terug naar RF-signalen aan de ontvangende kant. Het proces omvat het gebruik van elektro-optische modulatietechnieken om het RF-signaal om te zetten in een optische golfvorm die geschikt is voor transmissie via single-mode of multi-mode glasvezelkabels, die een lage verzwakking en hoge bandbreedte bieden. Aan de ontvangende kant wordt het optische signaal weer omgezet in een RF-signaal met behulp van fotodetectietechnieken zoals directe detectie of coherente detectie. Dit conversieproces herstelt de oorspronkelijke RF-golfvorm, waardoor de signaalintegriteit en betrouwbaarheid (dwz de signaal-ruisverhouding) over lange afstanden behouden blijven, wat eenvoudigweg niet kan worden bereikt met de meest gebruikelijke alternatieven, coaxkabel of golfgeleiders (Fig. 1).

Figuur 1: RF-demping – coaxkabel versus glasvezel (tot 40 GHz)

Wat zijn de verschillende soorten antenne-afstandsbediening?

Er zijn twee manieren om antenne-afstandsbediening in te zetten, ongeacht de toepassing ervan. De eerste is Simplex (Fig. 2), waar het verkeer naar of van de antenne unidirectioneel is en doeleinden dient zoals radiotelescoop of storing bij elektromagnetische oorlogsvoering.

De tweede is Duplex (Fig. 3), wat bidirectionele communicatie met de antenne mogelijk maakt, essentieel voor toepassingen die zowel zend- als ontvangstfuncties vereisen. Deze implementatie omvat het scheiden van de zend- en ontvangstelementen om interferentie te minimaliseren en de signaalintegriteit te optimaliseren. Dit is de meest voorkomende vorm van antenne-afstandsbediening bij gebruik van draadloze communicatie en militaire toepassingen.

Figuur 2: Voorbeeld van afstandsbediening met simplex-antenne – GNSS-timingsignaal naar apparatuur binnenshuis

Figuur 3: Voorbeeld van duplexantenne op afstand – voor draadloze dekking binnenshuis

Wat zijn de belangrijkste prestatiestatistieken voor antenne-afstandsbediening?

Omdat de conversie van elektrisch naar optisch en omgekeerd plaatsvindt voor brede frequentiebereiken en gediversifieerde dynamische bereiken, moeten de verbindingsvereisten goed worden gedefinieerd. Om een ​​goede inzet en effectiviteit van antenne-afstandsbediening te garanderen, is het belangrijk dat ontwerpers van signaaltransport rekening houden met deze belangrijke parameters:

Frequentie

Bij antenne-afstandsbediening bepaalt deze referentiefrequentie van de RF-signalen die worden verzonden en ontvangen de kenmerken van de optische en elektrische componenten die in het systeem worden gebruikt. Het is van cruciaal belang dat de frequentie van de RF-signalen binnen het werkbereik van de optische zenders, ontvangers en glasvezelkabels valt om een ​​optimale signaaloverdracht en betrouwbaarheid te bereiken.

Power

Vermogen verwijst naar de sterkte of amplitude van de RF-signalen die worden verzonden en ontvangen, doorgaans gemeten in watt (W) of decibel ten opzichte van een referentievermogensniveau (dBm). Het vermogensniveau van RF-signalen heeft invloed op de prestaties en het bereik van antenne-afstandsbedieningssystemen. Er zijn voldoende vermogensniveaus nodig om signaalverzwakking te overwinnen en een betrouwbare transmissie over lange afstanden te garanderen. Bovendien helpt het beheersen van de vermogensniveaus van RF-signalen signaalverzadiging of -vervorming te voorkomen, waardoor de signaalintegriteit en -getrouwheid behouden blijven.

Dynamisch bereik

Dynamisch bereik verwijst naar het bereik van signaalamplitudes dat een antennesysteem effectief kan verzenden en ontvangen zonder vervorming of verslechtering. Het is essentieel om ervoor te zorgen dat het dynamische bereik van het systeem geschikt is voor het brede bereik aan signaalamplituden dat men in praktische toepassingen tegenkomt. Dankzij een groot dynamisch bereik kan het systeem zowel zwakke als sterke signalen verwerken, waardoor betrouwbare communicatie over variërende signaalomstandigheden en afstanden mogelijk is.

Geluidscijfer

Het ruisgetal (dB) kwantificeert de hoeveelheid extra ruis die wordt geïntroduceerd door de componenten van een antenne-afstandsbedieningssysteem. Lagere geluidscijfers duiden op betere prestaties. Het minimaliseren van ruiscijfers is cruciaal voor het behouden van de signaal-ruisverhouding (SNR) en het maximaliseren van de gevoeligheid en nauwkeurigheid van het systeem, vooral in omgevingen met laag vermogen of zwakke signalen.

Foutvectorgrootte (EVM)

EVM meet de nauwkeurigheid van de gemoduleerde RF-signaaltransmissies ten opzichte van hun ideale of referentiegolfvormen. Hoge EVM-waarden duiden op een grotere afwijking van de ideale golfvorm en kunnen het gevolg zijn van beperkingen zoals ruis, vervorming of modulatiefouten. Het minimaliseren van EVM is essentieel voor het waarborgen van de signaalkwaliteit en betrouwbaarheid in antenne-remote-systemen, vooral in digitale communicatietoepassingen waar data-integriteit en betrouwbaarheid van het grootste belang zijn.

Gebruiksscenario's voor antenne-afstandsbediening

Gezien de grotere veerkracht en veiligheid ten opzichte van andere methoden van RF-transmissie, zoals coaxkabel en golfgeleiders, wordt antenne-afstandsbediening tegenwoordig voor veel belangrijke toepassingen gebruikt in veel industrieën, zoals het leger, de satelliet, de omroep en de telecommunicatie, maar ook in de astronomie. Hier zijn enkele van de meest voorkomende gebruiksscenario's:

Wereldwijd satellietnavigatiesysteem (GNSS)

Antenne-afstandsbediening is een ideale keuze voor GNSS timingtoepassingen omdat het nauwkeurige en gesynchroniseerde timinginformatie over gedistribueerde systemen garandeert door de signaalintegriteit te behouden, vertraging te minimaliseren en schaalbaarheid en redundantie te bieden. Via glasvezelkabels kunnen GNSS-timingsignalen de timingkaarten van de server, basisstationradio's en andere systemen bereiken richting zoeken arrays, waardoor betrouwbare synchronisatie wordt gegarandeerd die cruciaal is voor telecommunicatie, financiële transacties en wetenschappelijk onderzoek.

Een van de belangrijkste moderne gebruiksscenario's van antenne-afstandsbediening in de Verenigde Staten voor GNSS-timing zijn datacenters. De Verenigde Staten hebben de meeste datacenters ter wereld met 5,375 in 2023, bijna het dubbele van de 2,701 in 2022. Deze vraag heeft geleid tot meer faciliteiten op afgelegen locaties met uitdagende connectiviteitsomgevingen. Antenne-remote stelt hen niet alleen in staat om nauwkeurige timing te ontvangen, maar biedt operators ook een manier om alle RFoF-apparatuur in hun netwerk van datacenters te monitoren.

Satellietcommunicatie (SATCOM)

In SATCOM-toepassingen waarbij sprake is van stationaire grote velden, zoals satellietgrondstations of satellietgrondstations, vergemakkelijkt het op afstand plaatsen van antennes de overdracht van RF-signalen tussen antennes op de grond en de SATCOM-apparatuur die zich binnen de faciliteit bevindt. In een satellietgrondstation met meerdere antennes die naar verschillende satellieten zijn gericht, stelt antenne-afstandsbediening operators bijvoorbeeld in staat RF-signalen van elke antenne naar de SATCOM-apparatuur te verzenden voor verwerking en communicatie. Deze opstelling maakt een efficiënt gebruik van de ruimte en middelen binnen het satellietgrondstation mogelijk, terwijl betrouwbare communicatieverbindingen met in een baan om de aarde draaiende satellieten behouden blijven.

Astronomie

Bij astronomische toepassingen, vooral bij zeer grote antenne-arrays in de diepe ruimte, kan het op afstand plaatsen van antennes een breed dynamisch bereik aan signalen van hemellichamen transporteren. Er worden glasvezelkabels gebruikt om de antennes aan te sluiten op de gegevensverwerkingsapparatuur die zich in observatoria en/of onderzoeksfaciliteiten bevindt. Voor radioastronomieprojecten waarbij grote reeksen antennes over grote afstanden zijn verspreid, kunnen operators met antenne-op-afstand de antennes op afstand synchroniseren en bedienen. Astronomen kunnen gedetailleerde beelden vastleggen van verre sterrenstelsels, pulsars en andere kosmische verschijnselen, terwijl ze tegelijkertijd een nauwkeurige timing en synchronisatie van de gegevensverzameling garanderen.

Commando- en datalink (CDL)

Antenne-afstandsbediening wordt gebruikt in CDL-systemen om veilige en betrouwbare communicatie tot stand te brengen tussen commandocentra, veldeenheden, onbemande luchtvaartuigen (UAV's) en onbemande oppervlakteschepen (USV's). Glasvezelkabels verbinden de antennes met de CDL-apparatuur die zich in militaire voertuigen, vliegtuigen of grondstations bevindt.

Vooral voor USV's is het op afstand houden van antennes belangrijker dan ooit geworden, omdat een fout in de verbindingen dagen of zelfs weken kan duren om de communicatie te herstellen. Doorgaans gebruiken deze schepen golfgeleiders om Ku-Band CDL-communicatieladingen over te brengen tussen radarkoepels die boven scheepsdekken zijn gemonteerd en apparatuurruimten in scheepsrompen. De golfgeleiders zijn echter inflexibel en gevoelig voor mechanische spanning, waardoor nauwgezet onderhoud noodzakelijk is, vooral tijdens langdurige inzet op zee. Bovendien verminderen vocht en verontreinigingen de RF-prestaties van de coaxkabels in de golfgeleider, waardoor RFoF het ideale alternatief is gezien de veerkracht ervan tegen deze natuurlijke omgevingsomstandigheden.

Veilige wifi

Antenne-afstandsbediening wordt gebruikt om veiligheid te bieden Wi-Fi in gevoelige gecompartimenteerde informatiefaciliteiten (SCIF's) om de integriteit en vertrouwelijkheid van geheime communicatie te behouden. Door Wi-Fi-toegangspunten buiten de SCIF-perimeter te isoleren en signalen via glasvezelkabels te verzenden, voorkomt antenne-remote via glasvezel ongeoorloofde toegang en afluisteren van gevoelige informatie, terwijl breedspectrummonitoring voor alle elektromagnetische bronnen mogelijk wordt. Deze aanpak verkleint de voetafdruk van elektromagnetische emissies buiten de SCIF en zorgt ervoor dat draadloze communicatie binnen de veilige grenzen van de SCIF blijft, waardoor het risico op onderschepping wordt geminimaliseerd. Antenne-remote biedt ook flexibiliteit en schaalbaarheid, waardoor een optimale plaatsing van Wi-Fi-toegangspunten mogelijk is om uitgebreide dekking en gecontroleerde flexibele toewijzing van bandbreedtediensten aan verschillende gebieden in een gebouw te bieden, en tegelijkertijd tegemoet te komen aan veranderingen in de gebruikersvereisten.

Militair veld inzetbaar

In militaire veldtoepassingen biedt antenne-remote veilige en veerkrachtige communicatieoplossingen voor commando- en controle-, bewakings- en verkenningsoperaties in afgelegen of vijandige omgevingen. Glasvezelkabels verbinden antennes die op militaire voertuigen, vliegtuigen of grondstations zijn gemonteerd, met gecentraliseerde commandocentra of tactische communicatienetwerken. Het kan ook worden gebruikt om vijandelijke surveillance (het onderzoeken en in kaart brengen van de elektromagnetische voetafdruk) af te leiden van het kennen van de locatie van voertuigen of commandocentra met het oog op aanvallen. Het is zowel een defensieve maatregel als een maatregel die betrekking heeft op een flexibele en gemakkelijk inzetbare communicatie-infrastructuur.

Conclusie

Door het bereik van RF-signalen uit te breiden, de signaalintegriteit te behouden en mobiliteit en flexibiliteit mogelijk te maken, ontsluiten RFoF-systemen nieuwe mogelijkheden in een breed scala van industrieën, van telecommunicatie en satellietcommunicatie tot militaire operaties en wetenschappelijk onderzoek.

Nu de vraag naar snelle, betrouwbare en schaalbare communicatieoplossingen blijft groeien, staat het op afstand houden van antennes klaar om een ​​steeds centralere rol te gaan spelen bij het vormgeven van de toekomst van mondiale connectiviteit.

Over de auteur

Meir Bartur, Ph.D., is de president en CEO van de Optische Zonu Corporation. Dr. Bartur heeft meer dan 30 jaar ervaring in leiderschap, productontwikkeling en technologische innovatie. Als senior lid van de IEEE en erkend leider in de ontwikkeling van goedkope glasvezeloplossingen voor FTTx, heeft hij bijgedragen aan de IEEE ITU PON-standaarden. Voordat hij Optical Zonu oprichtte, gaf hij leiding aan geavanceerde productontwikkeling en strategische technologie voor toegangstransceivers bij MRV Communications (MRVC), evenals aan de zakelijke relaties met zijn belangrijkste klanten. Daarvoor bekleedde hij functies als VP Engineering & Technology bij SSDI (Solid State Devices Inc), VP Engineering bij MEC (Molecular Electronics Corp) en kapitein systeemtechniek bij de Israëlische luchtmacht.

Delen