RAy3 – optimální mikrovlna od RACOMu – pokračování

V minulém dílu jsme se věnovali zejména rádiovým parametrům RAy3 a jejich flexibilitě, kde je třešničkou na dortu podpora asymetrie šířek kanálů a z ní plynoucí asymetrie kapacity. Vidíte v oblasti rádiového přenosu ještě nějakou další výhodu RAy3 oproti RAy2?

Ano, několik. Nejsou sice tak sexy jako ty již zmíněné, ale za pozornost jich pár stojí.

Za nejdůležitější pro uživatele považuji to, že větší šířka kanálu umožňuje při respektování EIRP dosáhnout spojem 2x – 3x dál při stejné datové kapacitě. Je to dáno fyzikou šíření rádiových vln, resp. tím, že obdobnou datovou kapacitu spoje dosáhneme širším kanálem s o něco nižší modulací. To nám ušetří potřebné decibely na překlenutí delší vzdálenosti.

Dále stojí za zmínku, že maximální výstupní výkon +10 dBm je u RAy3 dosahován s jakoukoliv modulací, včetně 2048 a 4096 QAM. To platilo už u předchůdce (u RAy2-24), nicméně jde o docela ojedinělou vlastnost, kterou využijí uživatelé zejména tam, kde TX výkon není omezen EIRP nebo je limit velmi vysoko (např. Jihoafrická republika). V těchto situacích RAy3 svým výstupním výkonem +10 dBm na vysokých modulacích směle konkuruje výrobkům s mnohem vyšším „papírovým“ vysílacím výkonem, který ale platí pouze na velmi nízkých modulacích BPSK či QPSK, zatímco na vysokých modulacích tato zařízení ztrácejí dech, resp. Tx výkon.

S výstupním výkonem souvisí i to, že RAy3-24 umí regulovat výstupní výkon v rozsahu 40 dB (tedy až po -30 dBm), což je v mikrovlnném průmyslu docela výjimečný rozsah. Rozhodli jsme se pro toto náročné řešení kvůli tomu, aby uživatelé měli možnost éter nezahlcovat signálem, který pro provoz datového spoje není nezbytný. Je to součást naší snahy o spektrální efektivnost a ohleduplnost našich spojů. A taky záměr umožnit provoz co největšímu počtu našich uživatelů současně a bez vzájemného rušení.

Dalším plusem, díky kterému RAy3 dosahuje svých parametrů, je výrazně pokročilejší radiomodem a mnohem přesnější a lineárněji pracující rádiová část s výrazně zvýšenou dynamikou zpracování přicházejícího signálu. O modemu říkám záměrně pokročilejší, protože zdaleka nejde jen o výkon, respektive o šířku pásma a vysoké modulace, ale o celou řadu dalších vychytávek. Radiomodem je od stejné firmy jako u RAy2, jen je o dvě generace modernější. Největší přínos pro uživatele je u RAy3 to, že radiomodem dokáže lépe vyhodnotit přicházející signál a oddělit jej od šumu a rušení, což se v praxi projeví nižší chybovostí linky a vyšší selektivitou. Pokročilá rádiová část zase přináší kromě vynikající linearity zejména obrovskou dynamikou zpracování rádiového signálu, díky níž RAy3-24 umí bez saturace a zkreslení v přijímači zpracovat signály až do -15 dBm. 

Všechny výše zmíněné technologie zabudované v RAy3 jí nic neubírají, pouze přináší větší kvalitu a přesnost celého vysílacího i příjímacího řetězce, navíc ve výrazně zvětšeném rozsahu pracovních podmínek. V praxi to přináší jednu velmi zásadní výhodu a sice v tom, že i nejvyšší modulace 2048 a 4096 QAM jsou reálně použitelné při běžném provozu. Předpokladem je samozřejmě nezarušené prostředí. Vedlejším efektem veliké přesnosti příjmu a vysílání a zlepšeného rozlišení přijímaného signálu je zlepšená odolnost proti náhodnému krátkodobému rušení a dalším parazitním rušivým jevům, lepší možnosti upozadění nežádoucích signálů atd. RAy3 je díky tomu ještě o další stupínek robustnější než RAy2, což je pro uživatele důležité zejména v městských aglomeracích a v místech s hustě využívaným 24 GHz pásmem. Už RAy2 byla v parametru odolnosti proti rušení uživateli velmi dobře hodnocena, nicméně dosažení podobných parametrů s řádově vyššími modulacemi svědčí o tom, že RAy3 je momentálně technologická špička.

Posledním vylepšením, které chci zmínit, neb na něj nebyl čas ani na jediné přednášce, je mnohem přesnější a rychlejší Spektrální analyzátor (naskenování úrovní signálu v celém 24 GHz pásmu). Uživatelé jistě přivítají, že proskenování celého pásma zabere pouhé 2 vteřiny a ocení také vyšší přesnost skenování  – viz obrazovka RAy3 s výstupem spektrálního analyzátoru na obrázku. To umožňuje skenovat pásmo i bez vypnutí či přesměrování uživatelského provozu a operativně si změřit aktuální úroveň rušení prakticky kdykoliv.

A co flexibilita v oblasti Ethernetu a napájení – jaké změny na uživatele čekají zde? Na Futuretecu a v Senci jste na toto téma měl v prezentaci několik slidů.

RAy3 svou koncepcí vychází hodně z RAy2, neb jedním z axiomů zadání byla kromě 100% mechanické kompatibility s RAy2 i kompatibilita Ethernet portů. Důvody byly tři: (1) nabídnout možnost velmi snadného upgradu na RAy3, dále to, (2) že kombinace 1x RJ45 a 1x SFP dokáže uspokojit prakticky všechny představitelné případy použití a (3) je tato kombinace dlouhodobě většinou našich uživatelů hodnocená jako ideální pro jejich potřeby. Zůstalo rovněž zapojení obou Ethernet portů do společného switche a možnost každý z Ethernet portů využívat pro data a/nebo pro management.

Vnitřní zapojení komunikačních kanálů v RAy3 je na obrázku. Klíčový rozdíl oproti RAy2 je velmi výkonný síťový procesor se zabudovanou HW podporou kryptování. Nové oproti RAy2 je přímé propojení CPU a radiomodemu 1 Gbps datovou sběrnicí a to, že řídící sběrnice pro ovládání radiomodemu je víc jak 100x rychlejší než u RAy2. Součástí komunikační flexibility RAy3 je i technologie DSA (Distributed Switch Architecture), která umožňuje využívat CPU SW funkce pro realizaci vyšších úrovní ISO protokolu (např. routování paketů).

Řádově silnější CPU a rychlé propojení všech klíčových částí mikrovlnné jednotky nám výrazně zrychlilo odezvu RAy3 a řada operací je nyní prováděna bez přerušení datového toku – konkrétně to jsou změny v nastavení ACM, ATPC a změna TX výkonu. Vše lze dělat za plného provozu jednotky. U ostatních funkcí jako je změna frekvence vysílání a příjmu nebo změna šířky kanálu se výpadek výrazně zkrátil. V budoucnu nám navíc rychlý procesor a neblokující komunikační propojení umožní realizovat nové funkce, kde plánujeme například kryptování provozu s využitím HW kodérů v procesoru či přidání specifických nadstavbových uživatelských a bezpečnostních funkcí.

Zatím jste se nedostal k napájení, jehož nová koncepce stojí za zásadním rozdílem tvaru RAy3 oproti RAy2. Toto téma bude naše čtenáře určitě velmi zajímat nejen kvůli tvaru – koneckonců právě RAy2 od RACOMu byla jednou z prvních mikrovln, která u DC napájení nabídla napěťový rozsah už od pouhých 20V.

Ano, máte pravdu. Na první pohled viditelným zásadním tvarovým rozdílem RAy3 oproti RAy2 je počet vstupních otvorů. Jak někteří zákazníci vtipně poznamenávají: „RAy2 je čtyřmotorák, zatímco RAy3 je dvoumotorák“. Na RAy3 jsou ve skutečnosti otvory 3, ale ten jeden je umístěn jinde než dřív a na první pohled nezaujme tolik, jako naše slavné „trysky“.

Druhý zásadní tvarový rozdíl je v madle. U RAy3 je výrazně štíhlejší a na první pohled jakoby naruby, nicméně po uchopení do ruky krásně „sedí“ a manipulace s jednotkou je přirozená a snadná. Třetím jsou výraznější žebra, která kromě estetické funkce zlepšují přenos tepla z jednotky do okolí. Posledním je „svítící špunt“ umístěný mezi žebry, pod nímž najdete systémová rozhraní včetně LED indikace.

Co se naopak podařilo udržet stejné je váha, spotřeba a velikost jednotky – ta dokonce o něco klesla. Nezměnilo se ani napojení k anténě ani uzemnění jednotky ke stožáru – vše je 100% identické s RAy2, tj. používáme stejný vlnovod plus 4 šrouby pro přitažení jednotky na anténu a jeden šroub pro uzemnění.   

Také máte pravdu, že tato změna souvisí s naprosto novým řešením napájení. V této otázce jsme se po důkladné analýze potřeb uživatelů a škály v praxi používaných zapojení Ethernetových portů v kombinaci se způsobem napájení rozhodli pro poměrně revoluční řešení. To spočívá v šesti vzájemně provázaných věcech:

• rozšíření podporovaného rozsahu napětí na PoE vstupu na 20-60V místo pro PoE standardních 36-58V a současně
• výrazné zlepšení ochrany tohoto vstupu proti všem druhům přepětí a současně
• sloučení funkce RJ45 PoE + Eth portu a samostatného DC vstupu do jediného RJ45 konektoru a k tomu

• RACOMem podporovaná možnost přímého zapojení DC napájení do RJ45 portu pomocí našeho speciálně vyvinutého adaptéru DC/RJ45 přímo v průchodce RAy3 (viz obrázek vpravo) doplněná ještě tím, že
• jednotka má v sobě zabudován postupný náběh napájení a tudíž při zapnutí napájení zasunutím Eth RJ45 konektoru jím v počátku protéká minimální proud a nedojde k ojiskření kontaktů (konstrukce RJ45 navíc s ojiskřením počítá a kvalitně vyrobený RJ45 konektor jej přežije bez následků pro kvalitu datového přenosu, neb místo ojiskření je daleko od místa provozního kontaktu).
• monitorováním napájení na všech kontaktech RJ45 konektoru, které bude časem propojené s varováními (warningy) v managementu jednotky.

Co změna v koncepci napájení přináší uživatelům:

• řešení Ethernetu a napájení je zejména praktické a jednoduché pro uživatele. Zachovává jednoduchost a flexibilitu RAy2 v použití obou Ethernet portů a jejich kombinací,
• jsou podporovány naprosto všechny kombinace Ethernetu a napájení, jaké si lze představit,
• současně v jakémkoliv scénáři napájení uživatelé získávají rozšířený rozsah napájecího napětí 20-60 V
• současně ve všech scénářích uživatelé získávají výbornou ochranu proti přepětí.

Pro lepší představu uvádím různé  kombinace napájení jednotek RAy3 v porovnání s RAy2:

• Uživatelé využívající aktivní PoE napájení po datovém Ethernet kabelu nezaznamenají žádný rozdíl. Pouze profitují ze zlepšené ochrany proti přepětí. Případné využití SFP slotu pro druhý metalický nebo optický Ethernet nemá na způsob napájení vliv.
• Uživatelé využívající pasívní PoE napájení na tom jsou úplně stejně dobře jako ti s aktivním PoE, ale navíc profitují z možnosti napájet RAy3 nižším DC napětím, než je minimum pro aktivní PoE dle normy IEEE 802.3at (36 V). Výhodou je také to, že není třeba se zabývat tím, kde je „+“ a „-“ , neb jednotka si poradí s oběma polaritami napájení. Tudíž lze RAy3 napájet jakoukoliv 24 baterii, slunečním panelem nebo 24 V zdrojem a k němu stačí už jen pasívní PoE injektor. V takovém případě doporučujeme, aby injektor poskytoval PoE po všech čtyřech párech Ethernet kabelu (tj. po osmi drátech), aby se snížilo proudové zatížení kontaktů RJ45 konektoru. Nicméně díky nízké spotřebě RAy3-24 je i při 20 V a napájení jen po dvou párech (4 drátech) s rezervou splněna norma pro maximální proudové zatížení kontaktů na RJ45 konektoru a spoj bude fungovat.
• Uživatelé využívající pro data optický nebo metalický Ethernet do SFP slotu a k tomu DC napájení budou také spokojeni. Je jich daleko méně než těch s metalickým Ethernetem a PoE, ale přibývají a očekáváme zde růst zájmu. I tato skupina profituje ze zlepšené ochrany proti přepětí a současně z možnosti napájení ve velkém rozsahu DC napětí. Přesně pro tyto případy nabízíme k RAy3 jako volitelné příslušenství onen DC-RJ45 adaptér zmíněný již dříve. Nechali jsme si jej speciálně po nás vyvinout a vyrábět firmou FCI/Amphenol specializující se na konektory. Obě strany konektoru jsou nejvyšší dostupné kvality, konkrétně RJ45 je dle normy ISO 8877 a s nejtlustším dostupným pozlacením kontaktů. DC napájení je přivedeno na všechny 4 páry pinů (na všech 8 kontaktů) RJ45 konektoru, což garantuje rovnoměrné rozložení proudového zatížení mezi všech 8 pinů na RJ45 konektoru. Je to ten nejjednodušší a nejlevnější možný způsob, jak do RAy3 jednotky (nebo jiného PoE zařízení s podobným příkonem) spolehlivě dostat DC napájení.
• Poslední skupina uživatelů (dle našich průzkumů minimum instalací) jsou ti, kteří potřebují do jednotky připojit metalický Ethernet a mají jen DC zdroj bez PoE napaječe nebo injektoru. Tato skupina má dvě možnosti jak situaci vyřešit: (1) použít metalický SFP modul a k němu výše zmíněný adaptér DC/RJ45 nebo (2) zakoupit PoE napaječ s DC vstupem případně PoE injektor a ten do Ethernet přívodu nainstalovat. Těm, kteří mají DC napájení nahoře na věži – což jsou typicky telekomunikační operátoři s rozvodem DC +48 V, nezbyde než si pořídit ODU verzi PoE injektoru nahoru na věž nebo si zařídit PoE napájení dole v rozvaděči. Pro tyto zákazníky připravujeme ve spolupráci s firmou IMCO Power venkovní verzi jejich populárního PoE injektoru s integrovanou přepěťovou ochranou a elektronickou pojistkou proti nadproudu.

Poslední poznámka k napájení: Dolní limit pro napájení na úrovni 20V umožňuje jednotku velmi jednoduše napájet z akumulátoru a sluneční baterie nebo například z Mikrotik 24V zdroje pro síťové prvky, což jsou v ISP komunitě velmi často používané komponenty spolu s RAy mikrovlnou. RAy3 je vybaven pojistkou, vyžadující pro nastartování jednotky úroveň napájení minimálně 21V pro zamezení startu s úplně vybitou baterií.

Několikrát jste zmínil výrazně vylepšenou ochranu proti přepětí, ale zatím netušíme, jak je vylepšená ani k čemu bude uživatelům dobrá.

O tom rád povím víc. Aby naši vývojáři dosáhli výrazně vyššího ochranného účinku proti reálným výbojům, tak se rozhodli implementovat ochranu v několika stupních, z nichž každý má v řetězci svou funkci v eliminaci napětí, energie výboje atd. a tím i rizika pro elektronické obvody v zařízení. Výsledkem je, že RAy3 kromě splnění všech relevantních norem na EMC a ESD odolnost přináší výrazný pokrok zejména v praktické odolnosti – neboli v tom, jak spoj přežije na stožáru či střeše. Vzhledem k robustní promyšlené konstrukci naší vícestupňové ochrany napájecí části věříme, že RAy3 přinese uživatelům tu nejlepší možnou odolnost spojů v reálných podmínkách.

Impresívní, děkuji. Co nám ještě na RAy3 zbývá prodiskutovat?

Systémové konektory a WiFi. S koncepcí „dvoumotoráku“ totiž souvisí odsunutí třetího otvoru se systémovými rozhraními na horní plochu jednotky (při namontování na anténu je to z pohledu antény plocha zadní). K tomuto kroku jsme se rozhodli zejména kvůli snadnějšímu přístupu k systémovým rozhraním.

Systémová rozhraní, kde se lepší přístup opravdu hodí, jsou zejména HW tlačítko a RSS kontakty pro voltmetr, využívaný při směrování antény. U nainstalované RAy2 je oboje přístupné jen zespodu mezi kabely. Proto jsme se rozhodli polohu těchto rozhraní změnit tak, aby byla zajištěna lepší přístupnost a do otvoru bylo vidět. V otvoru je kromě těchto konektorů umístěn USB konektor pro WiFi a indikační dvoubarevná LED, jejíž světlo je viditelné přes matnou zátku. Zátka je zajištěna gumovým O-kroužkem a dle našich testů u ní není nejmenší problém s dlouhodobou těsností. Samozřejmě za předpokladu, že ji montér citlivě utáhne.

WiFi je umístěná pod zátkou systémového otvoru a je standardní součástí jednotky. Cílem je nabídnout uživatelům co nejjednodušší metodu práce s jednotkou a co nejefektivnější možné nástroje pro její instalaci a správu. WiFi rozhraní umožní pouze připojení do managementu jednotky a nelze přes ni posílat data na druhou stranu linky. Slouží k jednoduchému připojení laptopu nebo mobilu (bez nutnosti řešit Ethernet kabel mezi jednotkou a počítačem) a umožňuje obsluze nastavovat či diagnostikovat spoj a přitom nebýt kabelem připojen k jednotce. To výrazně zjednodušuje práci i pohodlí obsluhy.

V souvislosti s WiFi bych rád zmínil aplikaci RayTools pro mobilní telefony, která je zdarma dostupná pro Android a iOS. Její součástí je modul pro podporu směrování antény se zvukovou indikací, umožňující například nastavení správného směru antény, aniž by bylo nutno mobil vytahovat z kapsy. To by ale bylo na samostatný článek….

Další, co stojí za zmínku je jednoduchost instalace, managementu jednotky a servisu. Pro management lze využit kterýkoliv Ethernet port nebo WiFi a jakýkoliv z protokolů SSH, Telnet, Web, nebo CLI. Patří sem například i to, že pro servis stačí jen jedna náhradní jednotka a nemusíte řešit, zda je U nebo L jako u ostatních výrobců, neb vše lze softwarově nastavit. Taky máme velký výběr antén a veškerého potřebného příslušenství otestovaného pro bezproblémovou spolupráci s RAy3. Ale jelikož je to vše obdobné tomu, co znáte z RAy2 a z RayTools, nebudu nosit dříví do lesa. A pokud náhodou někdo potřebuje poradit, doporučuji si u nás objednat půldenní školení a budete RAy2, RAy3 i RayTools obsluhovat poslepu.

Posledním bodem, který bych rád v souvislosti s RAy3 zmínil je spolehlivost. Udělali jsme řadu menších i větších kroků ke zlepšení spolehlivosti HW vyjádřeného MTBF. Základem je pokračování v tradici robustního hliníkového odlitku s madlem, v němž jsme značně zlepšili přenos tepla zevnitř jednotky k povrchu, čímž jsme snížili vnitřní teplotou v jednotce o několik stupňů a u klíčových součástek ještě o víc. Byla také eliminována propojovací destička k DC konektoru a systémovým rozhraním. To vše spolu s postupnými pokroky v celé výrobní technologii a procesech by mělo s rezervou splnit náš vývojový záměr dostat se s HW MTBF spolehlivostí nad 100 let (současná RAy2 má MTBF přes 83 roků). Co se týče spolehlivosti SW, ta staví na osvědčené skladbě SW RAy2. Samozřejmě jde o SW modifikovaný tak, aby umožnil snadné a přirozené využití nových vlastností zabudovaných v RAy3. V oblasti provozní spolehlivost bezdrátového spojení stavíme na dosaženém pokroku v odolnosti proti rušení, která již byla diskutována, a pak při samotné výrobě chci zmínit testování každé komponenty v každém kroku výroby počínaje měřením součástek ještě před osazením desek s plošnými spoji ve vlastní moderní osazovně, na preciznosti a přesnosti vlastní mechanické výroby a opakovatelnosti celého výrobního procesu a testů. Koho by k tématu zajímalo víc, rádi ho přivítáme v RACOMu a naše procesy i postup výroby představíme, včetně návštěvy ve výrobních prostorách.

Chcete nám říct ještě něco zajímavého?

Snad už jen to, že cesta od nápadu k výrobku byla tentokrát mimořádně náročná, neb v době skoro dokončeného vývoje došlo u dvou klíčových součástek k neuvěřitelným komplikacím u dodavatelů. U radiomodemu jsme si museli vytrpět opakovaný odprodej vývojového týmu a technologie postupně třem novým majitelům, u rádiové části dokonce došlo po dlouhých odkladech a prodeji výrobce jiné firmě ke zrušení výroby několika klíčových součástek, na nichž byl spoj vyvinut. Kdo někdy něco vyvíjel tak ví, jak takové otřesy u dodavatele dokáží zkomplikovat uvedení výrobku na trh.

Naštěstí náš zkušený vývojový tým v RACOMu situaci zvládl a vyvinul zařízení s ještě lepšími parametry. Nicméně nás to stálo významné zpoždění, hodně úsilí navíc a nemalé finanční ztráty. I tak jsem za tu zkušenost moc rád, neb mne zvládání náročných situací baví a spolupráce v tak skvělém týmu pro mne byla velmi poučná. Na pozici produktového managementu v RACOMu jsem totiž začínal před třemi roky a tak jsem jako začátečník v oboru měl to štěstí sledovat, jak tým zvládá tak náročné období (a snad i něčím přispět). Odměnou je, že teď stejně jako většina lidí v RACOMu cítím hlubokou radost a uspokojení z uvedení výrobku na trh. Je to krásný pocit, vzniklo takové naše společné dítko a pocity skutečně připomínají radost z narození prvního dítěte.

Teď (zaklepejme na dřevo) máme dodavatele stabilní a silné, s dlouhodobým plánem ohledně pro nás klíčových součástek. Vývojový tým v RACOMu je zkušený a silný, a už se těší na nové výzvy. Je tudíž velká naděje, že další RAy3 modely pro ostatní pásma teď budou z RACOMu padat poměrně rychle…. Nechte se překvapit.

A co našim čtenářům řeknete na závěr?

Že věříme, že se nám podařilo skloubit všechny důležité parametry spoje poměrně zdařile do jednoho funkčního celku. A že se nám kromě špičkových technických parametrů a profesionální kvality zpracování podařilo, věříme, se zase o kousek dál posunout v podpoře produktivity a spokojenosti uživatelů, pro které především jsme RAy3 vyvíjeli. A že nijak neutrpěla spotřeba, váha, kompaktnost ani jednoduchost používání jednotky.

Věříme, že po přečtení článku a zejména po instalaci spoje si budete pochvalovat tu velkou řadu náročných rozhodnutí, zajímavých nápadů a propracovaných detailů, které náš vývojový tým během vývoje a uvádění do sériové výroby do jednotky dokázal zapracovat.

Děkujeme za rozhovor.

Závěrečný komentář redakce:

Už na Futuretecu se potvrdilo, že čekání na nástupce RAy2 se vyplatilo. Jak už jsme po konferenci psali, je vidět, že tým v RACOMu ví, co, proč a pro koho vyvíjí a vyrábí. Je nutno uznat, že motto jejich vývojářů „Technicky dotažený výrobek + spokojený a produktivní uživatel“ se jim opět podařilo naplnit a to vrchovatě. A že je na jejich novém výrobku vidět, že to jejich vývojáři dělají poctivě, s fortelem a se znalostí věci. Dle reakcí publika a diskusí v kuloárech na Futuretecu i v Senci nový RAy zaujal i ty, kdo RACOMí výrobky zatím nepoužívají. A to rozhodně nejen stánkem a netradiční barevností vystavených jednotek i antén.

Podtržení klíčových témat a informace v závorkách byly v celém článku pro úplnost a srozumitelnost sdělení doplněny redakcí.

Štítky: radiové spoje, rozhovory.