Technológia milimetrových vĺn v pásme E

Úvod do technológie milimetrových vĺn pre pásmo E a V-pásmo

Zhrnutie MMW

Millimeter Wave (MMW) je technológia pre vysokorýchlostné (10 Gbps, 10 Gigabit za sekundu) vysokokapacitné bezdrôtové spojenia, ideálna pre mestské oblasti. Pomocou vysokofrekvenčnej mikrovlnnej rúry v spektre E-Band (70-80GHz) a 58GHZ až 60GHz (V-Band) môžu byť odkazy husto umiestnené v preplnených mestách bez rušenia a bez nutnosti kopania káblov a optických vlákien, ktoré môžu byť nákladné, pomalé a veľmi rušivé. Naproti tomu odkazy MMW je možné nasadiť za niekoľko hodín a podľa vývoja sieťových požiadaviek ich môžete presunúť a znova použiť na rôznych lokalitách.

CableFree MMW Millimeter Wave Link nainštalovaný v SAE

História MMW

V roku 2003 otvorila Severoamerická federálna komunikačná komisia (FCC) niekoľko pásiem vysokofrekvenčných milimetrových vĺn (MMW), a to v pásmach 70, 80 a 90 gigahertzov (GHz) pre komerčné a verejné použitie. Vzhľadom na obrovské množstvo spektra (zhruba 13 GHz), ktoré je v týchto pásmach k dispozícii, sa rádiá s milimetrovými vlnami rýchlo stali najrýchlejším rádiovým riešením typu point-to-point (pt-to-pt) na trhu. V súčasnosti sú k dispozícii produkty rádiového prenosu ponúkajúce plne duplexné dátové rýchlosti až 1.25 Gb / s, úrovne dostupnosti triedy nosičov 99.999% a na vzdialenosti takmer jednej míle. Vďaka nákladovo efektívnym cenám majú rádiá MMW potenciál transformovať obchodné modely pre poskytovateľov mobilných backhaul a prístupové pripojenie metra / podniku „na poslednú míľu“.

Regulačné pozadie
Otvorenie 13 GHz predtým nevyužitého spektra vo frekvenčných pásmach 71… 76 GHz, 81… 86 GHz a 92… 95 GHz pre komerčné použitie a pevné bezdrôtové služby s vysokou hustotou v Spojených štátoch v októbri 2003 sa považuje za medzníkové rozhodnutie Federálnej komunikačnej komisie (FCC). Z technologického hľadiska toto rozhodnutie po prvýkrát umožňovalo plnú rýchlosť linky a plne duplexnú gigabitovú rýchlosť bezdrôtovej komunikácie na vzdialenosť jednej míle alebo viac na úrovni dostupnosti operátorskej triedy. V čase otvorenia spektra pre komerčné využitie predseda FCC Michael Powell vyhlásil toto rozhodnutie za otvorenie „novej hranice“ v komerčných službách a produktoch pre obyvateľov Ameriky. Odvtedy sa otvorili nové trhy s výmenou alebo rozšírením optických vlákien, bezdrôtovými prístupovými sieťami typu „last-míle“ typu point-to-point a širokopásmovým prístupom na internet s gigabitovými dátovými rýchlosťami a ďalej.

Dôležitosť pridelenia 70 GHz, 80 GHz a 90 GHz nemožno preceňovať. Tieto tri alokácie, súhrnne označované ako E-pásmo, tvoria najväčšie množstvo spektra, aké kedy vydalo FCC na licenčné komerčné použitie. Spolu 13 GHz spektrum zvyšuje množstvo frekvenčných pásiem schválených FCC o 20% a tieto kombinované pásma predstavujú 50-násobok šírky pásma celého bunkového spektra. S celkovou šírkou pásma 5 GHz, ktorá je k dispozícii na 70 GHz, respektíve 80 GHz, a 3 GHz na 90 GHz, je možné gigabitový Ethernet a vyššie dátové rýchlosti ľahko uspokojiť s relatívne jednoduchými rádiovými architektúrami a bez zložitých modulačných schém. Pretože charakteristiky šírenia sú len o niečo horšie ako v široko používaných mikrovlnných pásmach a dobre charakterizované poveternostné charakteristiky umožňujúce porozumenie úniku dažďa, je možné s istotou realizovať spojovacie vzdialenosti niekoľkých míľ.

Rozhodnutie komisie FCC položilo základ aj pre nový systém licencovania založený na internete. Táto online licenčná schéma umožňuje rýchlu registráciu rádiového spojenia a poskytuje ochranu frekvencie pri nízkom jednorazovom poplatku niekoľkých stoviek dolárov. Mnoho ďalších krajín po celom svete v súčasnosti otvára medzníkové spektrum MMW pre verejné a komerčné použitie v nadväznosti na rozhodujúce rozhodnutie komisie FCC. V rámci tohto príspevku sa pokúsime vysvetliť význam pásiem 70 GHz, 80 GHz a 90 GHz a ukážeme, ako tieto nové pridelenia frekvencií potenciálne pretvoria prenos s vysokou dátovou rýchlosťou a súvisiace obchodné modely.

Cieľové trhy a aplikácie pre vysokokapacitné pripojenie na poslednú míľu
Len v Spojených štátoch existuje zhruba 750,000 20 komerčných budov s viac ako 1 zamestnancami. V dnešných podnikových prostrediach s vysokým pripojením na internet potrebuje väčšina z týchto budov pripojenie na internet s vysokou dátovou rýchlosťou. Aj keď je určite pravda, že veľa firiem je v súčasnosti spokojných s tým, že majú nižšiu rýchlosť T1 / E1.54 na 2.048 Mbps, respektíve 3 Mbps, alebo inú formu pomalšieho DSL pripojenia, rýchlo rastúci počet firiem vyžaduje alebo vyžaduje DS- 45 (13.4 Mbps) pripojenie alebo vysokorýchlostné optické pripojenie. Avšak a tu začína problém, podľa nedávnej štúdie spoločnosti Vertical Systems Group je iba 86.6% komerčných budov v Spojených štátoch pripojených k optickej sieti. Inými slovami, 45% z týchto budov nemá žiadne optické pripojenie a nájomcovia budov sa spoliehajú na prenájom káblových medených obvodov s pomalšou rýchlosťou od zavedených alebo alternatívnych poskytovateľov telefónnych služieb (ILEC alebo CLEC). Takéto náklady na vysokorýchlostné káblové medené pripojenie, ako napríklad 3 Mb / s pripojenie DS-3,000, sa môžu ľahko vyšplhať na XNUMX XNUMX dolárov mesačne alebo viac.

Ďalšia zaujímavá štúdia uskutočnená spoločnosťou Cisco v roku 2003 odhalila, že 75% komerčných budov v USA, ktoré nie sú pripojené k optickému káblu, sa nachádza do jednej míle od optického pripojenia. Napriek rastúcemu dopytu po vysokokapacitnom prenose do týchto budov však náklady spojené s kladením vlákna veľmi často neumožňujú „uzavretie úzkeho miesta prenosu“. Napríklad náklady na kladenie optických vlákien vo veľkých metropolitných mestách USA môžu dosiahnuť až 250,000 1 dolárov za míľu a v mnohých najväčších mestách v USA existuje dokonca moratórium na kladenie nových optických vlákien kvôli súvisiacim rozsiahlym dopravným prerušeniam. Údaje o prepojení vlákien na komerčné budovy v mnohých európskych mestách sú oveľa horšie a niektoré štúdie naznačujú, že iba asi XNUMX% komerčných budov je pripojených k vláknu.

Mnoho priemyselných analytikov súhlasí s tým, že existuje veľký a v súčasnosti nedostatočne obsluhovaný trh bezdrôtových prístupov na diaľku „Last Mile“ na krátke vzdialenosti za predpokladu, že základná technológia umožňuje úroveň dostupnosti na úrovni operátora. Rádiové systémy MMW sú ideálne vhodné na splnenie týchto technických požiadaviek. Okrem toho vysokokapacitné a komerčne dostupné systémy MMW za posledných pár rokov drasticky poklesli v cenách. V porovnaní s položením jednej míle vlákna v hlavnom metropolitnom meste USA alebo v Európe môže použitie MMW rádia s gigabitovým Ethernetom predstavovať iba 10% nákladov na vlákno. Táto cenová štruktúra zatraktívňuje ekonomiku gigabitového pripojenia, pretože sa drasticky skracuje požadované rozloženie kapitálu a výsledné obdobie návratnosti investícií (ROI). V dôsledku toho je teraz možné obsluhovať mnoho aplikácií s vysokou dátovou rýchlosťou, ktoré v minulosti nebolo možné ekonomicky obslúžiť kvôli vysokým nákladom na infraštruktúru výkopových vlákien, a sú ekonomicky uskutočniteľné pri použití rádiovej technológie MMW. Medzi tieto aplikácie patria:
● Rozšírenia a výmeny vlákien CLEC a ILEC
● Metro Ethernet backhaul a optické krúžky
● Bezdrôtové rozšírenia kampusu LAN
● Zálohovanie vlákien a diverzita ciest v kampusových sieťach
● Obnova po katastrofe
● Vysokokapacitné pripojenie SAN
● Redundancia, prenosnosť a bezpečnosť pre vnútornú bezpečnosť a armádu
● 3G celulárne a / alebo WIFI / WiMAX backhaul v hustých mestských sieťach
● Prenosné a dočasné odkazy na prenos videa alebo HDTV vo vysokom rozlíšení

Prečo používať technológiu E-Band MMW?

Z troch otvorených frekvenčných pásiem najviac zaujali výrobcovia zariadení pásma 70 GHz a 80 GHz. Spoločne navrhnuté tak, aby pridelené frekvencie 71… 76 GHz a 81… 86 GHz, umožňovali šírku pásma plne duplexného prenosu 5 GHz; dosť na ľahký prenos plne duplexného gigabitového ethernetového (GbE) signálu aj pri najjednoduchších modulačných schémach. Pokročilý dizajn bezdrôtovej excelencie dokonca dokázal na prenos plne duplexného signálu GbE využiť spodné pásmo 5 GHz, iba od 71… 76 GHz. Neskôr sa pri použití tohto prístupu ukáže jasná výhoda, pokiaľ ide o nasadenie technológie MMW v blízkosti astronomických lokalít a v krajinách mimo USA. S priamou konverziou dát (OOK) a nízkonákladovými diplexermi sú relatívne jednoduché a teda nákladovo efektívne a je možné dosiahnuť vysoko spoľahlivé rádiové architektúry. Vďaka spektrálnejšie efektívnym modulačným kódom je možné dosiahnuť ešte vyšší full-duplexný prenos rýchlosťou 10 Gb / s (10 GigE) až 40 Gb / s.

S pridelením 92… 95 GHz sa pracuje oveľa ťažšie, pretože táto časť spektra je segmentovaná do dvoch nerovnakých častí, ktoré sú oddelené úzkym 100 MHz výlučným pásmom medzi 94.0… 94.1 GHz. Dá sa predpokladať, že táto časť spektra sa s väčšou pravdepodobnosťou použije na použitie v interiéroch s vyššou kapacitou a kratším dosahom. V tejto bielej knihe sa o tomto pridelení nebudeme ďalej zaoberať.

Za jasných poveternostných podmienok prenosové vzdialenosti 70 GHz a 80 GHz z dôvodu nízkych hodnôt atmosférického útlmu presahujú mnoho míľ. Obrázok 1 však ukazuje, že aj za týchto podmienok sa atmosférický útlm významne mení s frekvenciou [1]. Pri bežných nízkych mikrovlnných frekvenciách a zhruba na 38 GHz je atmosférický útlm primerane nízky s hodnotami útlmu niekoľkých desatín decibelu na kilometer (dB / km). Pri rýchlosti okolo 60 GHz spôsobuje absorpcia molekulami kyslíka veľký útlm. Toto veľké zvýšenie absorpcie kyslíka vážne obmedzuje vzdialenosti rádiového prenosu rádiových produktov 60 GHz. Avšak nad maximom absorpcie kyslíka 60 GHz sa otvára širšie okno s nízkym útlmom, kde útlm klesá späť na hodnoty okolo 0.5 dB / km. Toto okno nízkeho útlmu sa bežne nazýva E-pásmo. Hodnoty útlmu v pásme E sú blízke útlmu, ktorý zažívajú bežné mikrovlnné rádiá. Nad 100 GHz sa atmosférický útlm všeobecne zvyšuje a navyše existuje veľa molekulárnych absorpčných pásiem spôsobených absorpciou O2 a H2O pri vyšších frekvenciách. Stručne povedané, je to práve relatívne nízke okno útlmu atmosféry medzi 70 GHz a 100 GHz, čo robí frekvencie v pásme E atraktívnymi pre bezdrôtový prenos s vysokou kapacitou. Obrázok 1 tiež ukazuje, ako útlm dažďa a hmly ovplyvňuje mikrovlnné, milimetrové a infračervené optické pásy, ktoré začínajú okolo 200 terahertzov (THz) a ktoré sa používajú v prenosových systémoch FSO. Pri rôznych a špecifických rýchlostiach zrážok sa hodnoty útlmu mierne menia so zvyšujúcou sa prenosovou frekvenciou. Vzťah medzi rýchlosťou zrážok a prenosovými vzdialenosťami sa bude ďalej skúmať v nasledujúcej časti. Útlm súvisiaci s hmlou možno v zásade zanedbávať pri frekvenciách milimetrových vĺn, pričom sa zvyšuje o niekoľko rádov medzi milimetrovými vlnami a pásmom optického prenosu: Hlavný dôvod, prečo systémy FSO na väčšiu vzdialenosť prestávajú pracovať v hmle.

Prenosové vzdialenosti pre pásmo E.
Ako pri každom vysokofrekvenčnom šírení rádiových lúčov, aj útlm dažďa zvyčajne určuje praktické limity na prenosové vzdialenosti. Obrázok 2 ukazuje, že rádiové systémy pracujúce vo frekvenčnom pásme E pásma môžu byť za prítomnosti dažďa vystavené veľkému útlmu [2]. Našťastie najintenzívnejší dážď má tendenciu padať v obmedzených častiach sveta; hlavne subtropické a rovníkové krajiny. V špičkách možno krátkodobo pozorovať zrážky viac ako 180 mm / h. V Spojených štátoch a Európe sú najvyššie zaznamenané zrážky zvyčajne menej ako štyri palce za hodinu (100 mm / h). Takáto rýchlosť zrážok spôsobuje útlmy signálu 30 dB / km a zvyčajne sa vyskytuje iba počas krátkych oblakov. Tieto oblaky sú dažďové udalosti, ktoré sa vyskytujú v relatívne malých a lokalizovaných oblastiach a v dažďovom mraku s menšou intenzitou a väčším priemerom. Pretože prívaly mračien sú zvyčajne spojené aj s nepriaznivými poveternostnými podmienkami, ktoré sa rýchlo pohybujú po spojení, výpadky dažďa bývajú krátke a problematické iba na prenosových spojeniach na dlhšie vzdialenosti.

Útlm milimetrových vĺn a dažďov V pásme E

Dažďové zóny ITU Globálne milimetrové vlnové pásmo V-pásmo

Medzinárodná telekomunikačná únia (ITU) a ďalšie výskumné organizácie zhromaždili desaťročia údajov o zrážkach z celého sveta. Všeobecne sú charakteristiky zrážok a vzťahy medzi rýchlosťou zrážok, štatistickým trvaním dažďa, veľkosťou zrážok atď. [3] a pomocou týchto informácií je možné vytvoriť rádiové spojenie na prekonanie aj tých najhorších poveternostných javov alebo na predpovedanie trvanie výpadkov súvisiacich s počasím na rádiových spojeniach na dlhšie vzdialenosti, ktoré fungujú na konkrétnych frekvenciách. Schéma klasifikácie dažďových zón ITU zobrazuje očakávané štatistické miery zrážok v abecednom poradí. Zatiaľ čo oblasti s najmenšími zrážkami sú klasifikované ako „región A“, najvyššie zrážky sú v „regióne Q“. Globálna mapa dažďových zón ITU a zoznam zrážok v konkrétnych regiónoch sveta sú uvedené na obrázku 3 nižšie.

 MMW Rain Fade Map pre americké E-pásmo V-pásmo

Obrázok 3: Klasifikácia dažďových zón ITU v rôznych regiónoch sveta (hore) a skutočné štatistické miery zrážok ako funkcia trvania dažďovej udalosti

Obrázok 4 zobrazuje podrobnejšiu mapu Severnej Ameriky a Austrálie. Za zmienku stojí, že zhruba 80% kontinentálneho územia USA spadá do dažďovej zóny K a nižšie. Inými slovami, aby fungoval na 99.99% úrovni dostupnosti, musí byť rozpätie slabnutia rádiového systému navrhnuté tak, aby odolalo maximálnej miere zrážok 42 mm / hodinu. Najvyššiu mieru zrážok v Severnej Amerike možno pozorovať na Floride a pri pobreží Mexického zálivu. Tieto oblasti sa klasifikujú pod dažďovou zónou N. Vo všeobecnosti Austrália zažíva menej dažďov ako v Severnej Amerike. Obrovské časti tejto krajiny vrátane osídlenejšej južnej časti pobrežia sa nachádzajú v dažďových zónach E a F (<28 mm / h).

Na zjednodušenie je možné kombináciou výsledkov na obrázku 2 (miera zrážok vs. útlm) a použitím grafov zrážok ITU zobrazených na obrázkoch 3 a 4 vypočítať dostupnosť konkrétneho rádiového systému fungujúceho v určitej časti sveta. . Teoretické výpočty založené na údajoch o zrážkach pre USA, Európu a Austráliu ukazujú, že rádiové prenosové zariadenie s frekvenciou 70/80 GHz môže dosiahnuť pripojenie GbE na štatistickej úrovni dostupnosti 99.99 ... 99.999% na vzdialenosti blízke jednej míle alebo dokonca ďalej. Pre nižšiu dostupnosť 99.9% je možné bežne dosiahnuť vzdialenosti presahujúce 2 míle. Pri konfigurácii siete v kruhovej alebo sieťovej topológii sa efektívne vzdialenosti v niektorých prípadoch zdvojnásobia kvôli rovnakému údaju o dostupnosti kvôli hustej klastrovanej povahe buniek silného dažďa a redundancii cesty, ktorú poskytujú kruhové / sieťové topológie.

MMW Rain Fade Map Austrália E-Band V_Band

Obrázok 4: Klasifikácia dažďových zón ITU pre Severnú Ameriku a Austráliu

Jednou silnou výhodou technológie MMW oproti iným vysokokapacitným bezdrôtovým riešeniam, ako je optika voľného priestoru (FSO), je to, že frekvencie MMW nie sú ovplyvnené inými poruchami prenosu, ako sú hmla alebo piesočné búrky. Napríklad hustá hmla s obsahom kvapalnej vody 0.1 g / m3 (viditeľnosť asi 50 m) má útlm iba 0.4 dB / km pri 70/80 GHz [4]. Za týchto podmienok systém FSO zaznamená útlm signálu o viac ako 250 dB / km [5]. Tieto hodnoty extrémneho útlmu ukazujú, prečo technológia FSO môže poskytnúť iba údaje o vysokej dostupnosti na kratšie vzdialenosti. Rádiové systémy v pásme E nie sú podobne ovplyvnené prachom, pieskom, snehom a inými vplyvmi na prenosové cesty.

Alternatívne bezdrôtové technológie s vysokou dátovou rýchlosťou
Ako alternatívu k bezdrôtovej technológii v pásme E existuje obmedzený počet životaschopných technológií schopných podporovať pripojenie s vysokou dátovou rýchlosťou. Táto časť dokumentu obsahuje krátky prehľad.

Kábel z optických vlákien

Kábel z optických vlákien ponúka najširšiu šírku pásma zo všetkých praktických technológií prenosu, čo umožňuje prenos veľmi vysokých dátových rýchlostí na veľké vzdialenosti. Aj keď sú po celom svete k dispozícii tisíce kilometrov optických vlákien, najmä v diaľkových a medzimestských sieťach, prístup na poslednú míľu zostáva obmedzený. Kvôli značným a často neúmerne vysokým počiatočným nákladom spojeným s kopaním zákopov a kladením pozemných vlákien, ako aj kvôli problémom prednostnej jazdy môže byť prístup k vláknam nemožný. Časté sú aj veľké oneskorenia, a to nielen kvôli fyzickému procesu hĺbenia vlákien, ale aj kvôli prekážkam spôsobeným vplyvmi na životné prostredie a potenciálnymi byrokratickými prekážkami, ktoré sú s takýmto projektom spojené. Z tohto dôvodu mnoho miest na celom svete zakazuje hĺbenie výkopov vláknami z dôvodu prerušenia dopravy vo vnútri mesta a všeobecných nepríjemností, ktoré proces výkopu spôsobuje verejnosti.

Mikrovlnné rádiové riešenia

Pevné mikrovlnné rádiá typu point-to-point môžu podporovať vyššie dátové rýchlosti, napríklad full-duplex 100 Mbps Fast Ethernet alebo až 500 Mbps na nosič vo frekvenčných pásmach medzi 4-42 GHz. V tradičnejších mikrovlnných pásmach je však spektrum obmedzené, často preťažené a typické licencované kanály spektra sú v porovnaní so spektrom E-Band veľmi úzke.

Mikrovlnná a milimetrová vlna MMW spektrum, V-pásmo a E-pásmo

Obrázok 5: Porovnanie medzi mikrovlnnými rádiami s vysokou dátovou rýchlosťou a rádiovým riešením 70/80 GHz.

Frekvenčné kanály, ktoré sú k dispozícii na udeľovanie licencií, zvyčajne nie sú väčšie ako 56 megahertzov (MHz), zvyčajne však 30 MHz alebo nižšie. V niektorých pásmach môžu byť dostupné široké kanály 112 MHz, ktoré sú schopné podporovať 880 Mb / s na jednu nosnú, ale iba vo vyšších frekvenčných pásmach vhodných na krátke vzdialenosti. Z toho vyplýva, že rádiá pracujúce v týchto pásmach s vyššími dátovými rýchlosťami musia využívať vysoko zložité systémové architektúry využívajúce modulačné schémy až do 1024 kvadratúrnej amplitúdovej modulácie (QAM). Výsledkom týchto veľmi zložitých systémov je obmedzená vzdialenosť a priepustnosť je stále obmedzená na dátové rýchlosti do 880 Mb / s v najväčších kanáloch. Vzhľadom na obmedzené množstvo spektra dostupného v týchto pásmach, širšie vzory šírky lúča antény a citlivosť vysokej modulácie QAM na akýkoľvek druh rušenia je hustejšie nasadenie tradičných mikrovlnných riešení v mestských alebo metropolitných oblastiach mimoriadne problematické. Vizuálne porovnanie spektra medzi tradičnými mikrovlnnými pásmami a prístupom 70/80 GHz je znázornené na obrázku 5.

Rádiové riešenia s milimetrovou vlnou 60 GHz (v pásme V)
Pridelenia frekvencie v rámci 60 GHz spektra, a najmä pridelenia medzi 57… 66 GHz, sa v rôznych regiónoch sveta významne líšia. Severoamerický FCC vydal širší blok frekvenčného spektra medzi 57… 64 GHz, ktorý poskytuje dostatočnú šírku pásma pre plne duplexnú prevádzku GbE. Ostatné krajiny sa týmto konkrétnym rozhodnutím neriadili a tieto krajiny majú prístup iba k oveľa menším a často kanálovým prideleniam frekvencií v pásme 60 GHz. Obmedzené množstvo dostupného spektra mimo USA neumožňuje vybudovanie nákladovo efektívnych rádiových riešení s frekvenciou 60 GHz pri vysokých rýchlostiach dát v Európe, krajinách ako Nemecko, Francúzsko a Anglicko. Avšak dokonca aj v USA obmedzuje regulované obmedzenie prenosového výkonu spojené s relatívne zlými charakteristikami šírenia v dôsledku vysokej absorpcie atmosféry molekulami kyslíka (pozri obrázok 1) typické spojovacie vzdialenosti na menej ako pol míle. Aby sa dosiahol výkon triedy nosiča 99.99 ... 99.999% dostupnosti systému, pre veľké časti kontinentálneho územia USA je vzdialenosť všeobecne obmedzená na niečo viac ako 500 metrov (500 metrov). FCC kategorizovalo 60 GHz spektrum ako bezlicenčné spektrum. Na rozdiel od pridelenia vyšších frekvencií 70/80 GHz nevyžaduje prevádzka rádiových systémov 60 GHz zákonné schválenie alebo koordináciu. Na jednej strane je použitie nelicencovanej technológie medzi koncovými užívateľmi veľmi populárne, zároveň však neexistuje žiadna ochrana proti náhodnému alebo úmyselnému rušeniu. V súhrne, najmä v USA, môže byť využitie 60 GHz spektra potenciálne životaschopnou alternatívou pre rozmiestnenie na krátke vzdialenosti, ale táto technológia nie je skutočnou alternatívou pre vzdialenosť liniek nad 500 metrov a vtedy, keď je vyžadovaná dostupnosť systému 99.99 ... 99.999%.

Optika voľného priestoru (FSO, optické bezdrôtové pripojenie)
Technológia voľného priestoru (FSO) využíva na prenos informácií medzi vzdialenými miestami infračervenú laserovú technológiu. Táto technológia umožňuje prenášať veľmi vysoké dátové rýchlosti 1 Gbps a viac. Technológia FSO je všeobecne veľmi bezpečná prenosová technológia, nie je veľmi náchylná na rušenie v dôsledku extrémne úzkych charakteristík prenosového lúča a je tiež celosvetovo bez licencií.

Prenos signálov v infračervených optických pásmach je bohužiaľ drasticky ovplyvnený hmlou, kde absorpcia atmosféry môže prekročiť 130 dB / km [5]. Všeobecne akýkoľvek druh poveternostných podmienok, ktoré ovplyvňujú viditeľnosť medzi dvoma miestami (napr. Piesok, prach), tiež ovplyvní výkon systému FSO. Hmlové udalosti a búrky prachu / piesku môžu byť tiež veľmi lokalizované a ťažko predvídateľné, a preto je predikcia dostupnosti systému FSO zložitejšia. Na rozdiel od extrémnych dažďov, ktoré majú veľmi krátke trvanie, môžu hmly a búrky s prachom / pieskom trvať aj veľmi dlho (skôr hodiny alebo dokonca dni ako minúty). To môže mať za následok extrémne dlhé výpadky systémov FSO fungujúcich za takýchto podmienok.

Z praktického hľadiska a pri zohľadnení čísel dostupnosti 99.99 ... 99.999% môže všetko uvedené obmedziť technológiu FSO na vzdialenosti iba niekoľko stoviek metrov (300 metrov); najmä v pobrežných oblastiach alebo oblastiach náchylných na hmlu, ako aj v regiónoch, v ktorých sa vyskytujú búrky s pieskom a prachom. Na udržanie 100% konektivity pri nasadení systémov FSO v týchto druhoch prostredí sa odporúča alternatívna technológia cesty.

Väčšina odborníkov v odbore sa zhoduje, že technológia FSO môže ponúknuť zaujímavú a potenciálne lacnú alternatívu bezdrôtového pripojenia vzdialených miest na kratšie vzdialenosti. Fyzika útlmu signálu v infračervenom spektre však túto technológiu vždy obmedzí na veľmi krátke vzdialenosti.

Krátke porovnanie diskutovaných a komerčne dostupných technológií prenosu s vysokou rýchlosťou dátového prenosu a ich kľúčových faktorov ovplyvňujúcich výkon je uvedené v tabuľke 1.

MMW v porovnaní s inými bezdrôtovými technológiami

Tabuľka 1: Porovnávacia tabuľka komerčne dostupných technológií vysokorýchlostného bezdrôtového prenosu a bezdrôtového prenosu

Komerčne dostupné riešenia milimetrových vĺn
Portfólio produktov CableFree Millimeter-wave zahŕňa rádiové riešenia point-to-point fungujúce od 100 Mbps do 10 Gbps (10 Gigabit Ethernet) v licencovanom 70 GHz pásme E a až 1 Gbps v nelicencovanom 60 GHz spektre. Systémy sú dostupné s rôznymi veľkosťami antén, aby vyhoveli požiadavkám zákazníka na dostupnosť na konkrétnych vzdialenostiach nasadenia v najkonkurenčnejších cenových bodoch všetkých výrobcov rádiových pásiem E v priemysle. Rádiové riešenia v pásme E od spoločnosti Wireless Excellence pracujú skôr v dolnom frekvenčnom pásme 5 GHz licencovaného spektra E-pásma 70/80 GHz ako v súčasnom pásme 70 GHz a 80 GHz. Výsledkom je, že produkty Wireless Excellence nie sú náchylné na potenciálne obmedzenia nasadenia v blízkosti astronomických miest alebo vojenských zariadení v Európe, kde armáda využíva na vojenské komunikácie časti pásma 80 GHz. Systémy sa dajú ľahko nasadiť a kvôli nízkonapäťovému napájaniu jednosmerným prúdom 48 V (Vdc) nie je na inštaláciu systému potrebný žiadny certifikovaný elektrikár. Fotografie produktov Wireless Excellence sú zobrazené na obrázku 6 nižšie.

CableFree MMW Link nasadený v SAE

Obrázok 6: Rádia MMF CableFree sú kompaktné a vysoko integrované. Je zobrazená 60 cm verzia antény

Zhrnutie a závery
Na vyriešenie dnešných požiadaviek na vysokokapacitné sieťové prepojenie sú k dispozícii vysoko spoľahlivé bezdrôtové riešenia, ktoré poskytujú výkon podobný vláknam za zlomok nákladov na kladenie vlákien alebo prenájom vysokokapacitných vláknových pripojení. To je dôležité nielen z hľadiska výkonu / nákladov, ale aj preto, že optické spojenia v prístupových sieťach „Last-Mile“ nie sú stále veľmi rozšírené a najnovšie štúdie ukazujú, že v Spojených štátoch predstavuje iba 13.4% komerčných budov s viac ako Na vlákno je pripojených 20 zamestnancov. V mnohých ďalších krajinách sú tieto počty ešte nižšie.

Na trhu existuje niekoľko technológií, ktoré môžu poskytnúť gigabitové pripojenie na pripojenie vzdialených sieťových umiestnení. Licencované riešenia v pásme E vo frekvenčnom rozsahu 70/80 GHz sú obzvlášť zaujímavé, pretože môžu poskytnúť najvyššie údaje o dostupnosti nosnej triedy na prevádzkových vzdialenostiach jednej míle (1.6 km) a viac. V Spojených štátoch amerických rozhodnutie z roku 2003, ktoré vydal medzník FCC, otvorilo toto spektrum pre komerčné použitie a internetová nízkonákladová licenčná schéma umožňujúca používateľom získať licenciu na prevádzku v priebehu niekoľkých hodín. Ostatné krajiny už majú alebo sú v súčasnosti v procese otvárania spektra pásma E na komerčné využitie. Nelicencované rádiá 60 GHz a systémy optiky voľného priestoru (FSO) môžu tiež poskytnúť gigabitové ethernetové pripojenie, ale pri vyšších úrovniach dostupnosti na úrovni 99.99 ... 99.999% triedy nosičov sú obe tieto riešenia schopné fungovať iba na menšie vzdialenosti. Ako jednoduché pravidlo a pre väčšinu častí Spojených štátov môžu riešenia s frekvenciou 60 GHz poskytnúť tieto vysoké úrovne dostupnosti iba vtedy, keď sú nasadené na vzdialenosti menej ako 500 metrov (500 metrov).

Referencie
● ITU-R P.676-6, „Útlm atmosférickými plynmi“, 2005.
● ITU-R P.838-3, „Špecifický model útlmu pre dážď na použitie v metódach predikcie“, 2005.
● ITU-R P.837-4, „Charakteristika zrážok pre modelovanie šírenia“, 2003.
● ITU-R P.840-3, „Útlm kvôli oblakom a hmle“, 1999.

Ďalšie informácie o milimetrových vlnách v pásme E

Pre viac informácií o E-Band MMW prosím Kontaktujte nás

Zanechajte správu 

zoznam správ