Technologia fal milimetrowych E-Band

Wprowadzenie do technologii fal milimetrowych dla pasm E i V.

Podsumowanie MMW

Milimetrowa fala (MMW) to technologia zapewniająca szybkie (10 Gb / s, 10 Gb / s) łącza bezprzewodowe o dużej przepustowości, idealna dla obszarów miejskich. Wykorzystując mikrofale o wysokiej częstotliwości w paśmie E (70-80GHz) i 58GHZ do 60GHz (pasmo V), łącza mogą być gęsto rozmieszczane w zatłoczonych miastach bez zakłóceń i bez konieczności szukania kabli i światłowodów, które mogą być kosztowne, powolne i wysoce uciążliwe. Natomiast łącza MMW można wdrożyć w ciągu kilku godzin, a także przenosić i ponownie wykorzystywać w różnych witrynach w miarę ewolucji wymagań sieciowych.

CableFree MMW Millimeter Wave Link zainstalowany w Zjednoczonych Emiratach Arabskich

Historia MMW

W 2003 roku Północnoamerykańska Federalna Komisja Łączności (FCC) otworzyła kilka pasm fal milimetrowych (MMW) o wysokiej częstotliwości, a mianowicie w zakresach 70, 80 i 90 gigaherców (GHz), do użytku komercyjnego i publicznego. Ze względu na ogromną ilość widma (około 13 GHz) dostępnego w tych pasmach, radiotelefony działające na falach milimetrowych szybko stały się najszybszym rozwiązaniem radiowym typu punkt-punkt (pt-pt) na rynku. Obecnie dostępne są produkty do transmisji radiowej oferujące pełnodupleksowe szybkości transmisji danych do 1.25 Gb / s, przy poziomie dostępności klasy nośnej 99.999% i na odległościach bliskich jednej mili lub większej. Ze względu na opłacalne ceny, radiotelefony MMW mają potencjał do przekształcenia modeli biznesowych dla dostawców mobilnych usług dosyłowych i łączności miejskiej / korporacyjnej „ostatniej mili”.

Tło regulacyjne
Otwarcie 13 GHz wcześniej nieużywanego widma w zakresach częstotliwości 71… 76 GHz, 81… 86 GHz i 92… 95 GHz do użytku komercyjnego oraz stałych usług bezprzewodowych o dużej gęstości w Stanach Zjednoczonych w październiku 2003 r. Jest uważane za przełomowe orzeczenie Federalnej Komisji Łączności (FCC). Z technologicznego punktu widzenia orzeczenie to po raz pierwszy zezwoliło na pełną prędkość linii i gigabitową łączność bezprzewodową w pełnym dupleksie na odległościach jednej mili lub większej na poziomach dostępności klasy nośnej. W momencie otwarcia widma do użytku komercyjnego, przewodniczący FCC Michael Powell ogłosił orzeczenie jako otwierające „nową granicę” w usługach i produktach komercyjnych dla Amerykanów. Od tego czasu powstały nowe rynki wymiany lub rozszerzenia światłowodów, bezprzewodowe sieci dostępowe typu „ostatnia mila” typu punkt-punkt oraz szerokopasmowy dostęp do Internetu o gigabitowych szybkościach transmisji danych i wyższych.

Nie można przecenić znaczenia przydziałów 70 GHz, 80 GHz i 90 GHz. Te trzy alokacje, łącznie określane jako pasmo E, obejmują największą ilość widma, jakie kiedykolwiek wydała FCC do licencjonowanego użytku komercyjnego. Łącznie 13 GHz widma zwiększa ilość pasm częstotliwości zatwierdzonych przez FCC o 20%, a te pasma razem reprezentują 50-krotność szerokości pasma całego widma komórkowego. Przy łącznej szerokości pasma 5 GHz dostępnej odpowiednio przy 70 GHz i 80 GHz oraz 3 GHz przy 90 GHz, gigabitowy Ethernet i wyższe szybkości transmisji danych można łatwo dostosować do stosunkowo prostych architektur radiowych i bez skomplikowanych schematów modulacji. Ponieważ charakterystyka propagacji jest tylko nieznacznie gorsza niż w szeroko stosowanych pasmach mikrofalowych oraz dobrze scharakteryzowana charakterystyka pogodowa pozwalająca na zrozumienie zanikania deszczu, można z pewnością uzyskać odległości kilku mil.

Orzeczenie FCC położyło również podwaliny pod nowatorski system licencjonowania oparty na Internecie. Ten schemat licencjonowania online umożliwia szybką rejestrację łącza radiowego i zapewnia ochronę częstotliwości przy niewielkiej jednorazowej opłacie w wysokości kilkuset dolarów. Wiele innych krajów na całym świecie otwiera obecnie widmo MMW do użytku publicznego i komercyjnego, po przełomowym orzeczeniu FCC. W tym artykule postaramy się wyjaśnić znaczenie pasm 70 GHz, 80 GHz i 90 GHz oraz pokazać, w jaki sposób te nowe przydziały częstotliwości mogą potencjalnie zmienić transmisję danych z dużą szybkością i powiązane modele biznesowe.

Target Markets and Applications for High-Capacity „Last-Mile” Access Connectivity
W samych Stanach Zjednoczonych istnieje około 750,000 20 budynków komercyjnych zatrudniających ponad 1 pracowników. W dzisiejszych środowiskach biznesowych o wysokim poziomie łączności z Internetem większość tych budynków wymaga szybkiej łączności z Internetem. Chociaż z pewnością prawdą jest, że wiele firm jest obecnie zadowolonych z wolniejszej prędkości T1 / E1.54 odpowiednio 2.048 Mb / s lub 3 Mb / s lub jakiejkolwiek innej formy wolniejszego łącza DSL, szybko rosnąca liczba firm wymaga lub wymaga DS- 45 (13.4 Mb / s) lub szybsze połączenia światłowodowe. Jednak i tutaj zaczynają się problemy, według najnowszych badań przeprowadzonych przez Vertical Systems Group tylko 86.6% budynków komercyjnych w Stanach Zjednoczonych jest podłączonych do sieci światłowodowej. Innymi słowy, 45% tych budynków nie ma połączenia światłowodowego, a najemcy budynków polegają na dzierżawie obwodów miedzianych o mniejszej prędkości od zasiedziałych lub alternatywnych dostawców telefonii (ILEC lub CLEC). Takie koszty szybszego przewodowego połączenia miedzianego, takiego jak połączenie DS-3 3,000 Mb / s, mogą z łatwością sięgać XNUMX USD miesięcznie lub więcej.

Inne interesujące badanie przeprowadzone przez Cisco w 2003 roku wykazało, że 75% budynków komercyjnych w USA, które nie są podłączone do światłowodu, znajduje się w odległości jednej mili od tego połączenia. Jednak pomimo rosnącego zapotrzebowania na transmisję o dużej przepustowości do tych budynków, koszt związany z układaniem światłowodu bardzo często nie pozwala na „zamknięcie wąskiego gardła przesyłowego”. Na przykład koszty układania włókien światłowodowych w głównych miastach metropolitalnych USA mogą sięgać nawet 250,000 1 USD za milę, aw wielu największych amerykańskich miastach obowiązuje nawet moratorium na układanie nowego włókna ze względu na związane z tym ogromne zakłócenia w ruchu. Dane dotyczące połączeń między światłowodami a budynkami komercyjnymi w wielu europejskich miastach są znacznie gorsze, a niektóre badania sugerują, że tylko około XNUMX% budynków komercyjnych jest podłączonych do światłowodu.

Wielu analityków branżowych zgadza się, że istnieje duży i obecnie niedostatecznie obsługiwany rynek krótkodystansowych bezprzewodowych połączeń dostępowych typu „ostatnia mila”, pod warunkiem, że podstawowa technologia umożliwia osiągnięcie poziomów dostępności na poziomie klasy nośnej. Systemy radiowe MMW doskonale spełniają te wymagania techniczne. Dodatkowo, w ciągu ostatnich kilku lat ceny systemów MMW o dużej pojemności i dostępnych na rynku drastycznie spadły. W porównaniu z położeniem zaledwie jednej mili światłowodu w dużych metropoliach w Stanach Zjednoczonych lub w Europie, użycie radia MMW obsługującego gigabit Ethernet może kosztować zaledwie 10% kosztów światłowodu. Taka struktura cenowa sprawia, że ​​ekonomika połączeń gigabitowych jest atrakcyjna, ponieważ wymagany układ kapitału i wynikający z niego okres zwrotu z inwestycji (ROI) są drastycznie skrócone. W rezultacie wiele aplikacji o dużej szybkości transmisji danych, które w przeszłości nie mogły być obsługiwane ekonomicznie ze względu na wysokie koszty infrastruktury okopowej światłowodu, może być teraz obsługiwanych i są ekonomicznie wykonalne przy użyciu technologii radiowej MMW. Wśród tych aplikacji są:
● Przedłużenia i zamienniki włókien CLEC i ILEC
● Zamknięcia sieci Ethernet i połączenia typu backhaul w sieci Ethernet
● Rozszerzenia bezprzewodowej sieci kampusowej LAN
● Tworzenie kopii zapasowych światłowodów i różnorodność ścieżek w sieciach kampusowych
● Odzyskiwanie po awarii
● Łączność SAN o dużej pojemności
● Nadmiarowość, przenośność i bezpieczeństwo dla bezpieczeństwa wewnętrznego i wojska
● Backhaul 3G i / lub WIFI / WiMAX w gęstych sieciach miejskich
● Przenośne i tymczasowe łącza do przesyłania wideo w wysokiej rozdzielczości lub HDTV

Dlaczego warto korzystać z technologii E-Band MMW?

Z trzech otwartych pasm częstotliwości, pasma 70 GHz i 80 GHz cieszyły się największym zainteresowaniem producentów sprzętu. Zaprojektowane do współistnienia, przydziały 71… 76 GHz i 81… 86 GHz pozwalają na 5 GHz w pełnym dupleksie szerokości pasma transmisji; wystarczy, aby z łatwością przesyłać pełnodupleksowy sygnał Gigabit Ethernet (GbE) nawet przy najprostszych schematach modulacji. Zaawansowany projekt Wireless Excellence zdołał nawet wykorzystać dolne pasmo 5 GHz, od 71… 76 GHz, do przesyłania sygnału GbE w pełnym dupleksie. Później widać wyraźną zaletę stosowania tego podejścia, jeśli chodzi o wdrażanie technologii MMW w pobliżu miejsc astronomicznych i w krajach poza Stanami Zjednoczonymi.Dzięki bezpośredniej konwersji danych (OOK) i niedrogim zwrotnicom, stosunkowo proste, a tym samym opłacalne i można uzyskać wysoce niezawodną architekturę radiową. Dzięki bardziej wydajnym widmowo kodom modulacji można osiągnąć jeszcze wyższą transmisję w trybie pełnego dupleksu z szybkością od 10 Gb / s (10GigE) do 40 Gb / s.

Przydział 92… 95 GHz jest znacznie trudniejszy do wykorzystania, ponieważ ta część widma jest podzielona na dwie nierówne części, które są oddzielone wąskim pasmem wykluczenia 100 MHz między 94.0… 94.1 GHz. Można założyć, że ta część widma będzie częściej wykorzystywana do zastosowań wewnętrznych o większej wydajności i mniejszym zasięgu. Ten przydział nie będzie dalej omawiany w tej białej księdze.

Przy dobrej pogodzie odległości transmisji przy 70 GHz i 80 GHz przekraczają wiele mil ze względu na niskie wartości tłumienia atmosferycznego. Jednak rysunek 1 pokazuje, że nawet w tych warunkach tłumienie atmosferyczne zmienia się znacznie wraz z częstotliwością [1]. Przy konwencjonalnych, niższych częstotliwościach mikrofal i do około 38 GHz, tłumienie atmosfery jest stosunkowo niskie, przy wartościach tłumienia rzędu kilku dziesiątych decybeli na kilometr (dB / km). Przy około 60 GHz absorpcja przez cząsteczki tlenu powoduje duży skok tłumienia. Ten duży wzrost absorpcji tlenu poważnie ogranicza odległości transmisji radiowej produktów radiowych 60 GHz. Jednak poza szczytem absorpcji tlenu 60 GHz otwiera się szersze okno niskiego tłumienia, w którym tłumienie spada z powrotem do wartości około 0.5 dB / km. To okno o niskim tłumieniu jest powszechnie określane jako pasmo E. Wartości tłumienia pasma E są zbliżone do tłumienia doświadczanego przez zwykłe radia mikrofalowe. Powyżej 100 GHz tłumienie atmosferyczne na ogół wzrasta, a ponadto występują liczne pasma absorpcji molekularnej spowodowane absorpcją O2 i H2O przy wyższych częstotliwościach. Podsumowując, to stosunkowo niskie okno tłumienia atmosferycznego między 70 GHz a 100 GHz sprawia, że ​​częstotliwości pasma E są atrakcyjne dla transmisji bezprzewodowej o dużej przepustowości. Rysunek 1 pokazuje również, jak tłumienie wpływu deszczu i mgły w pasmach mikrofalowych, fal milimetrowych i podczerwieni, które zaczynają się od około 200 teraherców (THz) i które są wykorzystywane w systemach transmisji FSO. Przy różnych i specyficznych natężeniach opadów wartości tłumienia nieznacznie się zmieniają, wraz ze wzrostem częstotliwości transmisji. Zależność między natężeniem opadów a odległościami transmisji zostanie zbadana dalej w następnej sekcji. Tłumienie związane z mgłą można zasadniczo pominąć przy częstotliwościach fal milimetrowych, zwiększając się o kilka rzędów wielkości między falą milimetrową a pasmem transmisji optycznej: Główny powód, dla którego systemy FSO na większe odległości przestają działać w mglistych warunkach.

Odległości transmisji dla pasma E.
Podobnie jak w przypadku wszystkich propagacji fal radiowych o wysokiej częstotliwości, tłumienie deszczu zwykle określa praktyczne ograniczenia odległości transmisji. Rysunek 2 pokazuje, że systemy radiowe działające w zakresie częstotliwości pasma E mogą doświadczać dużego tłumienia w obecności deszczu [2]. Na szczęście najbardziej intensywne deszcze padają w ograniczonych częściach świata; głównie kraje podzwrotnikowe i równikowe. W szczytowych okresach można zaobserwować opady powyżej siedmiu cali / godzinę (180 mm / godzinę). W Stanach Zjednoczonych i Europie maksymalne natężenie opadów wynosi zwykle mniej niż cztery cale / godzinę (100 mm / godz.). Takie natężenie opadów powoduje osłabienie sygnału o 30 dB / km i generalnie występuje tylko podczas krótkich wybuchów chmur. Te wybuchy chmur są zdarzeniami deszczowymi, które pojawiają się na stosunkowo małych i zlokalizowanych obszarach oraz w chmurze deszczowej o mniejszej intensywności i większej średnicy. Ponieważ wybuchy chmur są również zwykle związane z trudnymi zjawiskami pogodowymi, które szybko przenoszą się przez łącze, przerwy w dostawach deszczu są zwykle krótkie i są problematyczne tylko w przypadku łączy transmisyjnych na duże odległości.

Pasmo E z falami milimetrowymi i tłumieniem deszczu

Strefy deszczu ITU Globalna fala milimetrowa, pasmo E, pasmo V.

Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny (ITU) i inne organizacje badawcze zgromadziły dane o opadach deszczu z całego świata od dziesięcioleci. Ogólnie rzecz biorąc, charakterystyka opadów i relacje między natężeniem opadów, statystycznym czasem trwania opadów, rozmiarami kropli itp. Są dobrze zrozumiałe [3], a korzystając z tych informacji, można zaprojektować łącza radiowe, aby przezwyciężyć nawet najgorsze zdarzenia pogodowe lub przewidzieć. czas trwania przerw związanych z pogodą w łączach radiowych na większe odległości działających na określonych częstotliwościach. Schemat klasyfikacji stref deszczowych ITU przedstawia oczekiwane statystyczne wskaźniki opadów w porządku alfabetycznym. Podczas gdy obszary, na których występują najmniejsze opady, są klasyfikowane jako „Region A”, najwyższe wskaźniki opadów znajdują się w „Regionie Q”. Globalna mapa stref deszczowych ITU i lista wskaźników opadów w określonych regionach świata pokazano na rysunku 3 poniżej.

 MMW Rain Fade Map dla amerykańskiego pasma E.

Rysunek 3: Klasyfikacja stref deszczowych ITU w różnych regionach na całym świecie (u góry) i rzeczywiste statystyczne wskaźniki opadów w funkcji czasu trwania opadów

Rysunek 4 przedstawia bardziej szczegółową mapę Ameryki Północnej i Australii. Warto wspomnieć, że około 80% terytorium kontynentalnego Stanów Zjednoczonych znajduje się w strefie deszczowej K i poniżej. Innymi słowy, aby działał na poziomie dostępności 99.99%, margines zanikania systemu radiowego musi być zaprojektowany tak, aby wytrzymać maksymalne natężenie opadów wynoszące 42 mm / godzinę. Najwyższe wskaźniki opadów w Ameryce Północnej można zaobserwować na Florydzie i wzdłuż wybrzeża Zatoki Perskiej, a regiony te są klasyfikowane jako strefa deszczowa N. Ogólnie Australia doświadcza mniej opadów niż w Ameryce Północnej. Ogromne części tego kraju, w tym bardziej zaludniona linia południowego wybrzeża, znajdują się w strefach deszczowych E i F (<28 mm / h).

Upraszczając, łącząc wyniki z rysunku 2 (natężenie opadów vs tłumienie) i korzystając z wykresów opadów ITU przedstawionych na rysunkach 3 i 4, można obliczyć dostępność konkretnego systemu radiowego działającego w określonej części świata. . Teoretyczne obliczenia oparte na danych dotyczących opadów w Stanach Zjednoczonych, Europie i Australii pokazują, że sprzęt do transmisji radiowej 70/80 GHz może osiągnąć łączność GbE na statystycznym poziomie dostępności 99.99… 99.999% na odległościach bliskich jednej mili lub nawet większej. Przy dostępności niższej na poziomie 99.9% odległości przekraczające 2 mile można rutynowo osiągać. Podczas konfigurowania sieci w topologii pierścieniowej lub siatkowej, efektywne odległości w niektórych przypadkach podwajają się dla tej samej wartości dostępności ze względu na gęstą, skupiającą się naturę komórek deszczowych i nadmiarowość ścieżek, którą zapewniają topologie pierścienia / siatki.

MMW Rain Fade Mapa Australia E-Band V_Band

Rysunek 4: Klasyfikacja stref deszczowych ITU dla Ameryki Północnej i Australii

Istotną zaletą technologii MMW w porównaniu z innymi rozwiązaniami bezprzewodowymi o dużej przepustowości, takimi jak optyka wolnej przestrzeni (FSO), jest to, że na częstotliwości MMW nie mają wpływu inne zakłócenia transmisji, takie jak mgła lub burze piaskowe. Na przykład gęsta mgła o zawartości wody w stanie ciekłym 0.1 g / m3 (widzialność około 50 m) ma tłumienie zaledwie 0.4 dB / km przy częstotliwości 70/80 GHz [4]. W takich warunkach system FSO doświadczy tłumienia sygnału o ponad 250 dB / km [5]. Te ekstremalne wartości tłumienia pokazują, dlaczego technologia FSO może zapewnić wysoką dostępność tylko na krótszych dystansach. Systemy radiowe pasma E są podobnie odporne na kurz, piasek, śnieg i inne uszkodzenia ścieżki transmisji.

Alternatywne technologie bezprzewodowe o dużej szybkości transmisji danych
Jako alternatywa dla technologii bezprzewodowej w paśmie E, istnieje ograniczona liczba realnych technologii zdolnych do obsługi połączeń o dużej szybkości transmisji danych. Ta sekcja białej księgi zawiera krótkie omówienie.

Przewód optyczny

Kabel światłowodowy oferuje najszersze pasmo ze wszystkich praktycznych technologii transmisji, umożliwiając przesyłanie bardzo dużych szybkości danych na duże odległości. Chociaż tysiące kilometrów światłowodów są dostępne na całym świecie, w szczególności w sieciach dalekobieżnych i międzymiastowych, dostęp „ostatniej mili” pozostaje ograniczony. Ze względu na znaczne i często zaporowo wysokie koszty początkowe związane z kopaniem rowów i układaniem światłowodów naziemnych, a także z kwestiami pierwszeństwa przejazdu, dostęp do światłowodów może być trudny lub niemożliwy. Częste są również duże opóźnienia, nie tylko ze względu na fizyczny proces kopania włókien okopowych, ale także ze względu na przeszkody spowodowane oddziaływaniem na środowisko i potencjalnymi przeszkodami biurokratycznymi związanymi z takim projektem. Z tego powodu wiele miast na całym świecie zakazuje kopania rowów ze względu na zakłócenia w ruchu miejskim i ogólne niedogodności, jakie proces kopania powoduje dla ludności.

Mikrofalowe rozwiązania radiowe

Stacjonarne radiotelefony mikrofalowe typu punkt-punkt mogą obsługiwać wyższe szybkości transmisji danych, takie jak pełny dupleks 100 Mb / s Fast Ethernet lub do 500 Mb / s na nośną w zakresie częstotliwości od 4 do 42 GHz. Jednak w bardziej tradycyjnych pasmach mikrofalowych widmo jest ograniczone, często zatłoczone, a typowe licencjonowane kanały widma są bardzo wąskie w porównaniu z widmem pasma E.

Mikrofale i fale milimetrowe MMW Spectrum pasmo V i pasmo E.

Rysunek 5: Porównanie między radiami mikrofalowymi o dużej szybkości transmisji danych a rozwiązaniem radiowym 70/80 GHz.

Ogólnie rzecz biorąc, kanały częstotliwości dostępne do licencjonowania często nie przekraczają 56 MHz (MHz), ale zazwyczaj 30 MHz lub mniej. W niektórych pasmach mogą być dostępne szerokie kanały 112 MHz zdolne do obsługi 880 Mb / s na nośną, ale tylko w wyższych pasmach częstotliwości przystosowanych do krótkich odległości. W konsekwencji, radiotelefony działające w tych pasmach z wyższymi szybkościami transmisji danych muszą wykorzystywać bardzo złożone architektury systemów wykorzystujące schematy modulacji do 1024 kwadraturowej modulacji amplitudy (QAM). Tak bardzo złożone systemy powodują ograniczone odległości, a przepustowość jest nadal ograniczona do szybkości transmisji danych do 880 Mb / s w największych kanałach. Ze względu na ograniczoną ilość widma dostępnego w tych pasmach, szersze wzorce szerokości wiązki anteny i wrażliwość modulacji wysokiej QAM na wszelkiego rodzaju zakłócenia, gęstsze rozmieszczenie tradycyjnych rozwiązań mikrofalowych w obszarach miejskich lub metropolitalnych jest niezwykle problematyczne. Wizualne porównanie widma między tradycyjnymi pasmami mikrofalowymi a podejściem 70/80 GHz pokazano na rysunku 5.

Rozwiązania radiowe fal milimetrowych 60 GHz (pasmo V)
Przydziały częstotliwości w zakresie 60 GHz, aw szczególności przydziały między 57… 66 GHz, różnią się znacznie w różnych regionach świata. Organizacja North American FCC udostępniła szerszy blok widma częstotliwości od 57 do 64 GHz, który zapewnia przepustowość wystarczającą do pracy w trybie pełnego dupleksu GbE. Inne kraje nie zastosowały się do tego konkretnego orzeczenia i mają one dostęp jedynie do znacznie mniejszych i często podzielonych na kanaly przydziałów częstotliwości w paśmie 60 GHz. Ograniczona ilość dostępnego widma poza Stanami Zjednoczonymi nie pozwala na budowanie opłacalnych rozwiązań radiowych 60 GHz przy wysokich szybkościach transmisji danych w krajach europejskich, takich jak Niemcy, Francja i Anglia, żeby wymienić tylko kilka. Jednak nawet w USA regulowane ograniczenie mocy transmisji, w połączeniu ze stosunkowo słabymi właściwościami propagacji wynikającymi z wysokiej absorpcji atmosferycznej przez cząsteczki tlenu (patrz Rysunek 1), ogranicza typowe odległości łączy do mniej niż pół mili. Aby osiągnąć wydajność systemu na poziomie 99.99… 99.999%, w przypadku dużych części kontynentalnego terytorium Stanów Zjednoczonych odległość jest zwykle ograniczona do nieco ponad 500 jardów (500 metrów). FCC zaklasyfikowała widmo 60 GHz jako wolne od licencji. W przeciwieństwie do przydziałów wyższych częstotliwości 70/80 GHz, działanie systemów radiowych 60 GHz nie wymaga prawnego zatwierdzenia ani koordynacji. Z jednej strony korzystanie z technologii nielicencjonowanej jest bardzo popularne wśród użytkowników końcowych, ale jednocześnie nie ma ochrony przed zakłóceniami, czy to przypadkowymi, czy celowymi. Podsumowując, zwłaszcza w USA, wykorzystanie widma 60 GHz może być potencjalnie realną alternatywą dla wdrożeń na krótkie odległości, ale technologia ta nie jest prawdziwą alternatywą dla odległości łącza powyżej 500 metrów i gdy wymagana jest dostępność systemu na poziomie 99.99… 99.999%.

Optyka wolnej przestrzeni (FSO, optyczny bezprzewodowy)
Technologia optyczna wolnej przestrzeni (FSO) wykorzystuje technologię lasera na podczerwień do przesyłania informacji między odległymi lokalizacjami. Technologia pozwala na przesyłanie bardzo dużych szybkości transmisji danych, rzędu 1 Gb / s i wyższych. Technologia FSO jest ogólnie bardzo bezpieczną technologią transmisji, nie jest bardzo podatna na zakłócenia ze względu na wyjątkowo wąską charakterystykę wiązki transmisyjnej, a także nie wymaga licencji na całym świecie.

Niestety, drastyczny wpływ na transmisję sygnałów w pasmach podczerwieni ma mgła, której pochłanianie atmosferyczne może przekraczać 130 dB / km [5]. Ogólnie rzecz biorąc, każdy rodzaj warunków pogodowych, które mają wpływ na widoczność między dwoma lokalizacjami (np. Piasek, pył), również wpłyną na działanie systemu FSO. Mgły i burze piaskowo-pyłowe mogą być również bardzo zlokalizowane i trudne do przewidzenia, w związku z czym przewidywanie dostępności systemu FSO jest trudniejsze. W przeciwieństwie do ekstremalnych opadów deszczu, które trwają bardzo krótko, mgła i burze pyłowe / piaskowe mogą również trwać bardzo długo (godziny lub nawet dni zamiast minut). Może to skutkować bardzo długimi przerwami w działaniu systemów FSO działających w takich warunkach.

Z praktycznego punktu widzenia, biorąc pod uwagę dostępność numerów 99.99… 99.999%, wszystko to może ograniczyć technologię FSO do odległości zaledwie kilkuset metrów (300 metrów); szczególnie na obszarach przybrzeżnych lub podatnych na mgłę, a także w regionach, w których występują burze piaskowe / piaskowe. Aby zachować 100% łączność podczas wdrażania systemów FSO w tego typu środowiskach, zalecana jest technologia alternatywnych ścieżek.

Większość ekspertów branżowych zgadza się, że technologia FSO może stanowić interesującą i potencjalnie niedrogą alternatywę w bezprzewodowym łączeniu odległych lokalizacji na krótszych dystansach. Jednak fizyka tłumienia sygnału w widmie podczerwonym zawsze ogranicza tę technologię do bardzo krótkich odległości.

Krótkie porównanie omawianych i dostępnych na rynku technologii transmisji o dużej szybkości oraz ich kluczowych czynników wydajnościowych przedstawiono w tabeli 1.

MMW W porównaniu z innymi technologiami bezprzewodowymi

Tabela 1: Tabela porównawcza dostępnych w handlu przewodowych i bezprzewodowych technologii transmisji o dużej szybkości transmisji danych

Dostępne w handlu rozwiązania wykorzystujące fale milimetrowe
Oferta produktów CableFree w zakresie fal milimetrowych obejmuje rozwiązania radiowe punkt-punkt działające z szybkością od 100 Mb / s do 10 Gb / s (10 Gigabit Ethernet) w licencjonowanym paśmie E 70 GHz i do 1 Gb / s w nielicencjonowanym paśmie 60 GHz. Systemy są dostępne z antenami o różnych rozmiarach, aby sprostać wymaganiom klienta w zakresie dostępności na określonych odległościach rozmieszczenia w najbardziej konkurencyjnych cenach spośród wszystkich producentów radiotelefonów pasma E w branży. Rozwiązania radiowe w paśmie E firmy Wireless Excellence działają w niższym paśmie częstotliwości 5 GHz licencjonowanego pasma E 70/80 GHz, zamiast jednoczesnej transmisji w obu pasmach 70 GHz i 80 GHz. W rezultacie produkty Wireless Excellence nie są podatne na potencjalne ograniczenia wdrożeniowe w pobliżu obiektów astronomicznych lub instalacji wojskowych w Europie, gdzie wojsko wykorzystuje części pasma 80 GHz do komunikacji wojskowej. Systemy są łatwe do wdrożenia, a dzięki zasilaniu niskiego napięcia 48 V prądu stałego (Vdc) nie jest wymagany żaden uprawniony elektryk do instalacji systemu. Zdjęcia produktów Wireless Excellence pokazano na rysunku 6 poniżej.

CableFree MMW Link wdrożone w Zjednoczonych Emiratach Arabskich

Rysunek 6: Bezprzewodowe radia MMW są kompaktowe i wysoce zintegrowane. Przedstawiono wersję anteny 60 cm

Podsumowanie i wnioski
Aby sprostać dzisiejszym wymaganiom w zakresie wzajemnych połączeń sieciowych o dużej przepustowości, dostępne są wysoce niezawodne rozwiązania bezprzewodowe zapewniające wydajność zbliżoną do światłowodów za ułamek kosztów układania światłowodów lub dzierżawy połączeń światłowodowych o dużej przepustowości. Jest to ważne nie tylko z punktu widzenia wydajności / kosztów, ale także dlatego, że połączenia światłowodowe w sieciach dostępowych „ostatniej mili” są nadal mało rozpowszechnione, a najnowsze badania pokazują, że w Stanach Zjednoczonych tylko 13.4% budynków komercyjnych z ponad 20 pracowników jest podłączonych do światłowodu. W wielu innych krajach liczby te są jeszcze niższe.

Na rynku dostępnych jest kilka technologii, które mogą zapewnić łączność gigabitową w celu połączenia zdalnych lokalizacji sieciowych. Licencjonowane rozwiązania pasma E w zakresie częstotliwości 70/80 GHz są szczególnie interesujące, ponieważ mogą zapewnić najwyższe wskaźniki dostępności w klasie nośnej na odległościach roboczych jednej mili (1.6 km) i większych. W Stanach Zjednoczonych przełomowe orzeczenie FCC z 2003 r. Otworzyło to widmo do użytku komercyjnego, a oparty na Internecie system tanich licencji na światło umożliwia użytkownikom uzyskanie licencji na użytkowanie w ciągu kilku godzin. Inne kraje albo już mają i / lub są w trakcie otwierania widma w paśmie E do użytku komercyjnego. Nielicencjonowane radia 60 GHz i systemy optyki wolnej przestrzeni (FSO) mogą również zapewniać łączność Gigabit Ethernet, ale przy wyższych poziomach dostępności 99.99… 99.999% klasy nośnej, oba te rozwiązania mogą działać tylko na zmniejszonych odległościach. Zgodnie z prostą zasadą, w większości części Stanów Zjednoczonych rozwiązania 60 GHz mogą zapewnić te wysokie poziomy dostępności tylko wtedy, gdy są wdrażane na odległości poniżej 500 jardów (500 metrów).

Referencje
● ITU-R str. 676-6, „Attenuation by Atmospheric Gases”, 2005.
● ITU-R str. 838-3, „Specyficzny model tłumienia deszczu do zastosowania w metodach prognozowania”, 2005.
● ITU-R P.837-4, „Charakterystyka opadów dla modelowania propagacji”, 2003.
● ITU-R str.840-3, „Tłumienie spowodowane chmurami i mgłą”, 1999.

Więcej informacji na temat fal milimetrowych pasma E.

Aby uzyskać więcej informacji na temat E-Band MMW, proszę Skontaktuj się z nami

Zostaw wiadomość 

Lista komunikatów