Зачем нужен дуплексер
В сотовых сетях с частотным разделением (FDD) базовая станция одновременно передаёт на одной частоте и принимает на другой. Передатчик выдаёт десятки ватт, а приёмник должен услышать сигнал телефона уровнем в миллиардные доли ватта. Если подключить их к одной антенне напрямую, мощность передатчика попадёт на вход приёмника и оглушит его.
Дуплексер — это пара полосовых фильтров с общим антенным входом: фильтр передачи пропускает только полосу TX, фильтр приёма — только полосу RX, и каждый не пускает в свою ветку сигнал соседней. В результате одна антенна и один фидер обслуживают и приём, и передачу.
Синие полосы — приём станции (RX), оранжевые — передача (TX); чем уже интервал, тем сложнее фильтр.
Дуплексный разнос и защитный интервал
У каждого диапазона FDD полосы приёма и передачи разнесены на фиксированную величину — дуплексный разнос. Между ними есть свободный промежуток, защитный интервал. От него зависит, насколько сложным будет фильтр: чем уже промежуток, тем круче должен быть скат фильтра, тем больше резонаторов в нём, тем он крупнее и тем выше потери.
| Модель | Приём (RX), МГц | Передача (TX), МГц | Разнос, МГц | Интервал, МГц | Развязка |
|---|---|---|---|---|---|
| КАДАММ ДУ-700-2Т | 703–748 | 758–803 | 55 | 10 | RX→TX ≥95, TX→RX ≥105 дБ |
| КАДАММ ДУ-700-4Т | 703–748 | 758–803 | 55 | 10 | ≥95 дБ |
| КАДАММ ДУ-800-2Т | 832–862 | 791–821 | 41 | 11 | RX→TX ≥95, TX→RX ≥105 дБ |
| КАДАММ ДУ-900-2Т | 880–915 | 925–960 | 45 | 10 | RX→TX ≥95, TX→RX ≥105 дБ |
| КАДАММ ДУ-1800 | 1710–1785 | 1805–1880 | 95 | 20 | развязка ≥90–95 дБ |
| КАДАММ ДУ-2100 | 1920–1980 | 2110–2170 | 190 | 130 | заграждение ≥85 дБ |
По таблице видно: у диапазона 2100 защитный интервал 130 МГц — дуплексер получается компактным и с малыми потерями. У диапазонов 700, 800 и 900 интервал около 10 МГц, и на тех же частотах фильтрам нужно больше резонаторов. В диапазоне 800 передача ниже приёма — такой «обратный» дуплекс тоже учитывают при подключении.
Как устроен фильтр дуплексера
Фильтры дуплексеров для базовых станций строят на объёмных резонаторах: металлический корпус разделён на ячейки, в каждой — настроечный стержень. Каждая ячейка — резонатор, настроенный на свою частоту, связи между ячейками задают форму полосы. Чем больше резонаторов, тем круче скаты фильтра и тем лучше он отделяет близкие полосы, но тем больше потери и размер.
Поверхности резонаторов серебрят: на этих частотах ток течёт в тонком поверхностном слое, и проводимость поверхности прямо влияет на потери. Для стабильности при нагреве используют материалы с малым расширением, иначе полоса «уплывает» летом и зимой. Настраивают фильтр винтами по приборам, после настройки винты фиксируют — поэтому вскрывать и подкручивать дуплексер на объекте нельзя.
Приём и передача — с чьей стороны
Полосы RX и TX в характеристиках дуплексера указывают со стороны базовой станции: её приём — это передача телефонов (восходящий канал), её передача — приём телефонов (нисходящий канал). У репитера дуплексер донорской стороны работает так же, как у базовой станции, только навстречу ей. Основные диапазоны FDD, используемые в России:
| Диапазон LTE | Восходящий канал (приём станции), МГц | Нисходящий канал (передача станции), МГц |
|---|---|---|
| B28 (700) | 703–748 | 758–803 |
| B20 (800) | 832–862 | 791–821 |
| B8 (900) | 880–915 | 925–960 |
| B3 (1800) | 1710–1785 | 1805–1880 |
| B1 (2100) | 1920–1980 | 2110–2170 |
| B7 (2600) | 2500–2570 | 2620–2690 |
Оператор использует не весь диапазон, а свой частотный блок внутри него. Дуплексер рассчитан на полный диапазон, поэтому подходит любому оператору этого диапазона, но фильтры с узкой полосой под один блок дают лучшее подавление соседей.
Главные параметры
Развязка между приёмом и передачей
Развязку (изоляцию) TX→RX указывают в децибелах; для базовых станций и репитеров она составляет 90–105 дБ. Требование следует из мощностей: передатчик на 43 дБм и чувствительность приёмника около −110 дБм дают разницу больше 150 дБ, и значительную часть этого подавления берёт на себя дуплексер. У моделей KADAMM развязку указывают отдельно для направлений RX→TX и TX→RX.
Вносимые потери
Потери в полосе — обычно 0,5–2 дБ. На передаче они уменьшают мощность на антенне, на приёме — ухудшают чувствительность, поэтому потери в ветке RX особенно важны. Потери на краю полосы больше, чем в центре.
Интермодуляция
Через ветку передачи идут несколько мощных несущих. Неидеальные контакты и материалы порождают продукты интермодуляции, и часть из них попадает в полосу приёма. Для современных систем требуют −150 дБн и лучше при двух несущих по 20 Вт.
Мощность
Допустимая мощность указывается для порта TX (средняя) и отдельно пиковая. Её сверяют с выходной мощностью радиомодуля с запасом.
2T2R и 4T4R
Антенны базовых станций с поляризацией ±45° имеют два порта на каждый диапазон, а для MIMO 4×4 — четыре. Дуплексеры выпускают на соответствующее число трактов: 2T2R — два дуплексера в одном корпусе, 4T4R — четыре. Так на площадке занято меньше места, а характеристики трактов одинаковые.
Бывают и двухдиапазонные дуплексеры — например, для диапазонов 700 и 2100 в одном корпусе: две пары фильтров и общий выход на двухдиапазонную антенну.
Если на площадке несколько диапазонов, дуплексеры ставят по одному на каждый, а их общие выходы сводят комбайнером в один фидер к многодиапазонной антенне. Второй вариант — многофункциональный комбайнер, где дуплексные фильтры нескольких диапазонов собраны в одном корпусе: меньше разъёмов и перемычек, ниже интермодуляция и проще монтаж на мачте.
Дуплексер, диплексер и комбайнер
| Устройство | Что разделяет | Где применяют |
|---|---|---|
| дуплексер | приём и передачу одного диапазона | базовая станция, репитер, одна антенна на приём и передачу |
| диплексер | два разных диапазона | две системы на один фидер |
| многополосный комбайнер | несколько диапазонов | многодиапазонные площадки, DAS |
| гибридный мост | не разделяет по частоте, складывает | объединение операторов одного диапазона |
Путаница между дуплексером и диплексером частая: у обоих три порта, но дуплексер разделяет приём и передачу внутри одной полосы, а диплексер — две разные полосы. Для многодиапазонных трактов в каталоге KADAMM есть комбайнеры и мультиплексеры.
Дуплексер в репитере
Репитер сотовой связи принимает сигнал базовой станции донорской антенной, усиливает и раздаёт внутри здания — и в обратную сторону для телефонов. На каждой стороне нужен дуплексер, который разводит направления вниз и вверх по своим усилителям. Развязка дуплексеров вместе с развязкой между донорской и внутренними антеннами ограничивает допустимое усиление репитера: если усиление выше развязки, репитер самовозбуждается и глушит базовую станцию.
Поэтому для мощных репитеров выбирают дуплексеры с развязкой не хуже 90 дБ и разносят донорскую и внутренние антенны так, чтобы между ними был запас по затуханию. Об этом подробнее — в статье об антеннах для усилителя сотовой связи. Там же — как рассчитать разнос антенн по вертикали и горизонтали.
У ретрансляторов радиосвязи VHF и UHF своя специфика: частоты приёма и передачи разнесены всего на 0,4–20 МГц, а дуплексер настраивают на конкретную пару частот. Для них в каталоге отдельные резонаторные серии ДУ-136/174, ДУ-152/175, ДУ-330/400, ДУ-400/520 и ДУ-450/470 с развязкой 65–100 дБ по исполнению; как выбрать исполнение по разносу — в статье о дуплексере для ретранслятора.
Проверка дуплексера
Характеристики дуплексера проверяют векторным анализатором цепей: вносимые потери ANT→RX и TX→ANT по всей полосе, развязку TX→RX и КСВН всех портов. Интермодуляцию измеряют отдельным анализатором с двумя мощными несущими — на обычном приборе её не увидеть. На объекте после монтажа достаточно проверить КСВН тракта со стороны радиомодуля и убедиться, что порты подключены правильно.
Наружная установка
Дуплексеры для мачтовых усилителей и выносных модулей ставят на опоре — они герметичны и рассчитаны на мороз, солнце и дождь. Разъёмы закрывают гидроизоляцией, корпус заземляют. Дуплексеры для стоек в аппаратной не рассчитаны на улицу, и перепутать исполнения нельзя: влага внутри резонатора сдвигает настройку.
Где ставят дуплексер
- В базовой станции или выносном радиомодуле — часто уже встроен; внешний нужен при нестандартной схеме.
- В репитере сотовой связи — между усилителями и донорской или внутренней антенной.
- В мачтовом усилителе — два дуплексера пропускают передачу мимо усилителя, а приём ведут через него.
- В распределённой системе, где приёмная и передающая ветки разделены.
Порты не путать. Подключение передатчика к порту RX выводит из строя фильтр и может повредить передатчик. Порты ANT, TX и RX маркированы на корпусе — сверяйте перед подачей мощности.
Как выбрать
- Диапазон и направление: полосы RX и TX должны точно совпадать с частотным планом оператора.
- Развязка TX→RX — по мощности передатчика и чувствительности приёмника.
- Потери в ветке RX — чем меньше, тем лучше чувствительность.
- Интермодуляция — для мультиоператорных трактов −150 дБн и лучше.
- Число трактов: 2T2R или 4T4R — по числу портов антенны.
- Разъёмы — под кабель: 4.3-10, 7-16 или N.
Что уточнить перед заказом
- Частотный план: полосы приёма и передачи.
- Мощность передатчика на порт.
- Число трактов и тип антенны.
- Разъёмы и место установки: стойка, мачта, улица.
- Нужен ли пропуск постоянного тока и сигналов AISG через дуплексер к устройствам на мачте.
- Будут ли через тот же тракт идти несущие нескольких операторов — от этого зависит требование к интермодуляции.
Модели KADAMM
Все дуплексеры — в разделе «Дуплексные фильтры» каталога KADAMM.
| Потери | не более 1,2–2,0 дБ (по исполнению) |
| Развязка | ≥65 дБ |
| Потери | ≤1,0 дБ |
| Развязка | ≥75 дБ |
| Потери | не более 1,2–1,5 дБ (по исполнению) |
| Развязка | ≥75 дБ |
| Потери | ≤1,2 дБ |
| Развязка | ≥60 дБ |