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als Ergänzung zur Glasfaser im Breitbandausbau
08.05. 2015
Richtfunk
Hochschule RheinMain– Oliver Meffert
Proprietary and Confidential
Agenda
2
• Die Herausforderung
• Lösungsansatz
• Systemtechnik
Die Herausforderung
Proprietary and Confidential 4
Proprietary and Confidential 5
Proprietary and Confidential
Wozu Breitband auf dem Land? Wusstest Du, dass das durschnitt-liche europäische Huhn täglich 0,73 Eier mehr legt als wir??
Ich habs gegoogelt.
Oh, wirklich? Woher weisst Du das?
Proprietary and Confidential 5/8/2015 7
Proprietary and Confidential
Wachstum des Datendurchsatzes mit 3G und 4G
8
Quelle: Orange
Quelle: Nokia Siemens Networks
Quelle: “3” , UK
Quelle: Heavy Reading, Ethernet Backhaul
Quarterly Market Tracker
Proprietary and Confidential 9
Weisse Flecken
Proprietary and Confidential 10
Proprietary and Confidential 11
Proprietary and Confidential 12
Lösungsansatz
13
Proprietary and Confidential
1. Nicht verfügbar sind
14
Why Use Microwave?
Wo Glasfaser und Festnetz:
Richtfunk kann
ÜBERALL eingesetzt werden
Warum Richtfunk ?
2. Zu teuer sind
3. Zu zeitaufwendig sind
Proprietary and Confidential
15
Proprietary and Confidential 16
Punkt-zu-Punkt Richtfunk (PtP)
• drahtlose Nachrichtenübertragung
• geradlinige Wellenausbreitung
• stark bündelnde Antennen
• Sichtverbindung
• größere Entfernungen durch hops
Was ist Richtfunk?
Proprietary and Confidential 17
4 2
l
R d mit R>>l:
Beispiel: R=20 km, f=26 GHz -> r = 8m R=10 km, f=26 GHz -> r = 5m R=20 km, f=38 GHz -> r = 6m R=10 km, f=38 GHz -> r = 4m
direkter Strahl
Strahl über 1. Fresnelzone
2. Fresnelzone
R = Abstand der Standorte
d = Durchmesser der Fresnelzone
Wellenlänge = l
Standort B Standort A
Reflektionspunkt
1. Fresnelzone
r
[ ] [ ] [ ]
r R
f m
Km
GHz = 8 67 , oder
d R
2 4 4
2
=
+
l l
Wie funktioniert Richtfunk?
Proprietary and Confidential 1
8
Grundlagen: Modulation BPSK – 16 QAM
1 Bit/Symbol/Hz
2 Bit/Symbol/Hz
4 Bit/Symbol/Hz
Proprietary and Confidential 1
9
Grundlagen: Modulation 128 QAM
Proprietary and Confidential 2
0
Grundlagen: Modulation 256 QAM
Proprietary and Confidential
Grundlagen: Modulation 1024 QAM
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Proprietary and Confidential
Grundlagen: Modulation 2048 QAM
22
Proprietary and Confidential
Grundlagen: Modulation
QAM256 & 28MHz Kanalbandbreite
8 Bit x 28.000.000 Abtastungen/s
Übertragungsbandbreite= 224.000.000 Bit/s
Übertragungsbandbreite = 214 Mbit/s
QAM256 & 56MHz Kanalbandbreite
10 Bit x 56.000.000 Abtastungen/s
Übertragungsbandbreite= 560.000.000 Bit/s
Übertragungsbandbreite = 534 Mbit/s
Modulation bedeutet das Aufbringen eines Nutzsignals auf das Trägersignal
BPSK 1 Bit QPSK 2 Bit QAM 8 3 Bit QAM 16 4 Bit QAM 32 5 Bit QAM 64 6 Bit QAM 128 7 Bit QAM 256 8 Bit QAM 1024 9 Bit QAM 2048 10 Bit
Proprietary and Confidential
Linkbudget
Funkfeldlänge
0 0
IDUIDU
Leistung P
[dBm]
40
20
- 20
- 40
- 60
- 80
Schwundreserveminimaler
Empfangspegel
IDU
ODUODU
Sendeleistung
Pout
Antennen-
Gewinn Gt
Freiraumdämpfung
a0
Antennen-
Gewinn Gr
Empfangspegel
Pin
Proprietary and Confidential
Regendämpfung
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Proprietary and Confidential 26
Reichweite
Proprietary and Confidential 27
Reichweite: Typische Funkfeldlängen
Frequenzband GHz
Frequenzbereich MHz
Typ. Funkfeldlänge km
Übertragungsraten MBit/s
Kanalraster ( MHz ) => Mindestübertragungsrate (MBit/s)
4 3800 - 4200 20 ... 60 155 29,0 => 155
6,2 5925 – 6425 20 ... 60 155 29,65 => 155
6,8 6425 - 7125 20 ... 50 2 x 155 40,0 => 2 x 155 80,0 => STM 4 / 2xSTM2
7,2 7137 – 7413 20 ... 55 155 1,0 => 2 3,5 => 2 7,0 => 8 14,0 => 34
7,5 7425 - 7725 20 ... 45 155 28,0 => 155
13 12750 - 13250 20 ... 40 155 28,0 => 155
15 14500 – 14620 15230 – 15350
10 ... 35 2 ... 51 1,75 => 2 3,5 => 2 7,0 => 8 14,0 => 16
18 17700 – 19700 6 ... 25 34 ... 155 3,75 => 34 27,5 => 51 55,0 => 155
26 24500 – 26500
UB:25137-25445 OB:26145-26453
3 ... 10 2 ... 155 3,5 => 2 7,0 => 8 14,0 => 16 28,0 => 34 56,0 => 155 112 => STM 4 / 2xSTM 2
38 37000 - 37900 0,3 ... 6 2 ... 155 7,0 => 2 / 8 14,0 => 16 28,0 => 34 56,0 => 155 140,0 => STM 4 / 2xSTM 2
Systemtechnik All-Outdoor
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Proprietary and Confidential
Wachstum des Datendurchsatzes mit 3G und 4G
29
Quelle: Orange
Quelle: Nokia Siemens Networks
Quelle: “3” , UK
Quelle: Heavy Reading, Ethernet Backhaul
Quarterly Market Tracker
Proprietary and Confidential
Richtfunk (R)evolution
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Modulationsumfang ACM 4-2048 QAM
(11 ACM points)
Frequenzbaender 6-42 GHz
Kanalbandbreiten 3.5 – 56 MHz
System Konfigurationen 1+0,1+1HSB, 2+0 SP/DP, 4+0SP/DP, 2+2HSB
2x2, 4x4 LoS MIMO
Traffic Manager “Smart Pipe”
Integrierter Switch
Power over Ethernet Standard & proprietary (IEEE 802.3at)
Kompakte Bauweise 24x22x10 cm
Antennen Ceragon spezifisches RFU-C Interface
Direct and Remote mount - Standard Flange
Proprietary and Confidential
Anschlüsse
Proprietary and Confidential
Konfigurationen Ceragon Standard Antenna Interface
32
Single Pol. Splitter
Dual Pol. OMT
2+0 DP ACAP
28MHz V
28MHz H
2+0 SP
28MHz 28MHz
2+0 DP CCDP
28MHz V
28MHz H
OR
OR
2+0 SP/DP Direct Mount
IP-20C
IP-20C - Simple and quick installation
Proprietary and Confidential
56MHz 56MHz
Beispiel: 2+2 HSB Single Polarisation
33
2+2HSB SP
56MHz 56MHz
Splitter
Dual Coupler
Flexible, Easy to Install direct mount options
Proprietary and Confidential
Enhanced by Multi-Core innovation
LoS 4x4 MIMO Bandbreite x Faktor 4
LoS: Line-of-Sight
MIMO: Multiple-Input & Multiple-Output
FibeAir IP-20C 4x4 MIMO
Proprietary and Confidential
Line-of-Sight (LoS) MIMO
Site 1
Site 2
V
H V
H
1 Gbit/s mit nur einem
28 MHz Kanal (V+H)
• Bandbreite x 4 auf einem einzelnen Kanal
• 2x IP-20C an jedem Standort
• Effiziente Nutzung des Spektrums
Proprietary and Confidential
LoS MIMO – Grundlagen(I)
36
h1
h2
𝑑11
𝑑12
𝑑21
𝑑22
Signal A
Signal B
A + B
A - B
DSP
DSP
(𝑑12−𝑑11)+(𝑑21−𝑑22)=𝜆/2
(∅12−∅11)+(∅21-∅22)=𝜋
Proprietary and Confidential
LoS MIMO – Grundlagen (II)
37
• Gleiches Signal trifft mit verschiedenen
Phasenlagen auf verschiedene Antennen
• Beeinflussung der Phasenlage durch
Veraenderung der Pfadlaenge (𝒅𝒊𝒋)
• Pfadlaenge wird beeinflusst durch die
Antennenabstaende (𝒉𝟏, 𝒉𝟐)
• Damit erhaelt man den optimalen
Antennenabstand um LoS MIMO
moeglichst stabil zu betreiben
ℎ1 ∙ ℎ2 =𝐷 ∙ 𝑐
2𝑓
h1, h2: Antennas’ Separation [m]
D: Link Distance [m]
c: Speed of Light 3 × 108 m
sec
f: Link Frequency [Hz]
Special case: 𝒉𝟏 = 𝒉𝟐 ≝ 𝒉𝒐𝒑𝒕𝒊𝒎𝒂𝒍
𝒉𝒐𝒑𝒕𝒊𝒎𝒂𝒍 =𝑫 ∙ 𝒄
𝟐𝒇
Proprietary and Confidential
LoS MIMO – Optimaler Antennenabstand
38
Proprietary and Confidential
MIMO Datendurchsatz vs. Antennenabstand
39
Optimal Antenna Separation Capacity vs. Antenna Separation
Man erreicht 70% der maximalen Datenrate bei halbem
optimalem Antennenabstand (auf beiden Endstellen!)
Streckenlaenge[km]
Op
tim
ale
r A
nte
nn
en
ab
sta
nd
[m
]
Proprietary and Confidential
LoS MIMO Installation
Horizontale
Montage
Vertikale
Montage
Proprietary and Confidential
• Gleiches All-Outdoor Gehaeuse
E-Band (70/80 GHz) System
• Hohe Verfügbarkeit durch Lizenzierung
• Hohe Datenrate von bis zu 2.5 GBit/s
Modulation bis 256QAM
• 250/500 MHz Kanalbandbreite
• PoE oder -48V DC
Spannungsversorgung
• Entfernungen bis ca. 2 km
Eband 70/80 GHz Bereich
Proprietary and Confidential
Installationsbeispiel
42
Danke!