Richtfunk - Hochschule RheinMain

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

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