Модуль 1 Введение в миллиметровые системы связи Июнь 2011 Siklu Training Center EtherHaul™ 1200 Training Program Миллиметровые волны- Новые возможности беспроводных магистралей 2 © 2012 All Rights reserved to Siklu Communication Ltd. Company Confidential Миллиметровые волны - определение Под миллиметровыми волнами обычно имеют ввиду диапазоны 30 GHz (10 mm) - 300 GHz (1 mm), где длина волны измеряется миллиметрами 3 © 2012 All Rights reserved to Siklu Communication Ltd. Company Confidential Миллиметровые волны- новые возможности радиосвязи Microwave Journal, 1960 “Одним из главных ограничений развития радиосвязи является ограниченность свободного спектра.» Рост потребностей сервисов потокового вещания, государственных и частных коммуникаций, тысяч пользователей радиочастотного спектра намного превосходит доступные ресурсы. Этот рост требует открытия новых, адекватных ему ресурсов спектра. Одним из таких ресурсов являются сверх высокие частоты (EHF или mmW)." 4 © 2012 All Rights reserved to Siklu Communication Ltd. Company Confidential Миллиметровые волны – начало освоения 1895 (Calcutta, India): J.C. Bose использует микроволновые волны (от 2.5 cm до 5 mm) чтобы позвонить и чтобы взорвать порох «Изобретатель (J.C. Bose) передавал сигнал на расстояние около мили, это первое и очень важное практическое применение теории микроволн.“ Daily Chronicle of England, 1896 Однако, уровень технологии не позволил использовать миллиметровые волны на практике, и их развитие продолжилось лишь после второй мировой войны. Передающая антенна слева, приемная справа, в центре поворотный стол, с различными радиопреломляющими структурами(призмами, линзами, решетками. На фотографии на столе аттенюатор из двух призм. Во время холодной войны интерес к миллиметровым волнам проявляли , в основном, военные, например, в качестве технологий для радаров. В конце 1980 и 1990 в рамках программы DARPA MIMIC были разработаны многие новые устройства, работающие с миллиметровыми волнами, в том числе, актуальные для коммерческого применения. 5 © 2012 All Rights reserved to Siklu Communication Ltd. Company Confidential Особенности распространения радиоволн E-BAND 6 © 2012 All Rights reserved to Siklu Communication Ltd. Company Confidential Теория распространения Энергетический бюджет: PTx Rx sensitivity 2 * AntennaGain Dkm Att atmosphere Dkm 92.45 20 * LOG10 (f GHz ) 20 * LOG10 (D km ) Att rain * D km 1 d 0 Ослабление в канале: Потери в открытом пространстве: FSL 92.45 20 LOG10 ( Dkm ) 20 LOG10 ( f GHz ) Ослабление в дожде: ITU-R P.837-5, ITU-R P.838-3, ITU-R P.530-12 AttRain 1 Dkm Dkm d0 d 0 35e 0.015R0.0 1 Затухание в атмосфере: 7 R0.01 rainrate _ exceeded _ 0.01% Att Atmosphere Dkm © 2012 All Rights reserved to Siklu Communication Ltd. Company Confidential Потери в открытом пространстве в E-band Потери растут с ростом частоты В E-band потери существенно выше чем в 8-38 GHz диапазонах. FSL 92.45 20 LOG10 ( Dkm ) 20 LOG10 ( f GHz ) Для примера, потери на 1 км: FSL @ 8 GHz 110 dB 8 FSL @ 38 GHz 124 dB FSL @ 76 GHz 130 dB © 2012 All Rights reserved to Siklu Communication Ltd. Company Confidential Усиление антенн E-band С ростом частоты усиление антенн растет Чем выше усиление антенн -> Тем уже ее центральный лепесток Gant @ 8 GHz Gant @ 38 GHz Gant @ 76 GHz 1 feet 25 dB 38.7 dB 44.7 dB 2 feet 31 dB 44.8 dB 50.8 dB Учитывая антенны на обоих концах линка- усиление с ростом частоты растет быстрее, чем FSL Но это без учета дождей 9 © 2012 All Rights reserved to Siklu Communication Ltd. Company Confidential Узкие диаграммы направленности, эффективное переиспользование частот Типичная диаграмма направленности в диапазоне 70-80 Ггц ≈ 1° Высокая направленность вместе с высоким затуханием боковых лепестков позволяют получить отличный коэффициент переиспользования частот для линков точка-точка . Большее число высоконаправленных антенн можно разместить на одной территории Таким образом можно достичь лучшего переиспользования спектра и получить более плотную сеть, чем на низких частотах Typical 1 ft. Antenna Beam Widths 10 8 GHz 18 GHz 23 GHz 38 GHz E-band 8.75° 3.9° 3° 1.8° 1° © 2012 All Rights reserved to Siklu Communication Ltd. Company Confidential Ослабление в дожде в E-band частотах 70/80 GHz подвержены ослаблению в дожде в гораздо большей мере чем традиционные частоты 8-38 GHz На коротких дистанциях большее усиление антенн может скомпенсировать потери в дожде Rain Attenuation 8 GHz Attenuation (dB/km) 100 23 GHz 38 GHz 71-76 GHz Rain rate: 10 5 mm/h 25 mm/h 50 mm/h 100 mm/h 1 150 mm/h 200 mm/h 0.1 1 10 100 Frequency (GHz) 11 © 2012 All Rights reserved to Siklu Communication Ltd. Company Confidential 1000 Дождевые зоны в мире и плотность дождя Типовая плотность дождя mm/h: % of year A E H K P >0.1 0.6 2 1.5 12 0.1 (525 min. = 8 hrs 45 min.) 2 6 10 12 65 0.01 (52 min.) 8 22 32 42 145 0.001 (5 min.) 22 70 53 100 250 1.0 (5256 min. = 3.6 days) 12 © 2012 All Rights reserved to Siklu Communication Ltd. Company Confidential Ослабление в дожде и коэффициент доступности радиоканала Коэффициент доступности 13 A C E K N 99.9% 1.7 dB 3.4 dB 4 dB 6 dB 13.6 dB 99.99% 4.7 dB 7.4 dB 9.8 dB 15.5 dB 28 dB 99.995% 6.4 dB 10 dB 13.7 dB 20.4 dB 34 dB 99.999% 9.7 dB 15.5 dB 22.3 dB 29 dB 44 dB © 2012 All Rights reserved to Siklu Communication Ltd. Company Confidential Как бороться с ослаблением в дожде Повышением выходной мощности? Предположим, мы имеем линк со следующими параметрами: Выходная мощность = 5 dBm Чувствительность приемника = -60 dBm Усиление антенн= 42 dBi E, 99.995% H, 99.995% K, 99.995% 5 дбм мощности 1280 m 1100 m 980 m + 5 dB 1550 m 1320 m 1160 m +10 dB 1850 m 1560 m 1360 m Как видим, большая мощность позволит удлинить линк на 300 метров, но будет ли это экономически оправдано? 14 © 2012 All Rights reserved to Siklu Communication Ltd. Company Confidential Как бороться с ослаблением в дожде Возможно, стоит применить большие антенны? Посчитаем для того-же линка E, 99.995% H, 99.995% K, 99.995% Базовая антенна 1280 m 1100 m 980 m 2 футовая (+16 dB) 2200 m 1860 m 1610 m Но 8 кг вес антенны вместо 3 kg! Сложная инсталляция -> большая стоимость Большая ветровая нагрузка -> большие требование к устойчивости и вибрациям мачты Больше места на мачте -> большая стоимость аренды Что же делать? 15 © 2012 All Rights reserved to Siklu Communication Ltd. Company Confidential Решение проблем с дождем Не все сервисы равноценны Не всем сервисам нужна 99.995% доступность Доступность для голоса и трафика управления не обязана быть равна доступности для трафика файлообмена Гибкий механизм QoS Адаптивная модуляция без разрыва соединения Сервисы, требующие высокой доступности получат ее Выигрыш от применения адаптивной модуляции существенно улучшает энергетический бюджет канала С физикой не поспоришь 4 Km канал в ливень подвергается ослаблению в 80 дб 16 © 2012 All Rights reserved to Siklu Communication Ltd. Company Confidential Энергетика канала с адаптивной модуляцией Преимущества адаптивной модуляции Предположим, у нас есть система с параметрами: Выходная мощность = 5 dBm Чувствительность RX = -60 dBm Усиление антенн = 42 dBi E, 99.995% H, 99.995% K, 99.995% Базовый случай 1280 m 1100 m 980 m Адаптивная 2770 m модуляция добавляет 24 dB 2300m 1970 m Для высокоприоритетного трафика дистанция выросла в разы! Даже на 2700 метров, высокая емкость доступна с коэффициентом 99.9%! 17 © 2012 All Rights reserved to Siklu Communication Ltd. Company Confidential Затухание в атмосфере для E-диапазона. Затухание в атмосфере для частот 71-76 GHz ≈0.5 dB/km 71-76 GHz Oxygen and Vapor Attenuation (dB/km) 100 10 1 0.1 0.01 0.001 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Frequency (GHz) 18 © 2012 All Rights reserved to Siklu Communication Ltd. Company Confidential 180 200 Заключение по E-band [1] 19 Ключевые характеристики Описание Большие FSL (потери в пространстве) Лучшая радиочастотная совместимость Меньше интерференции соседям Большее усиление антенн Узкий центральный лепесток Лучшая радиочастотная совместимость Меньше интерференции соседям Лучшее пространственное разнесение и меньшая интерференция Много линков на сайте Лучшее покрытие Большая пропускная способность Проще частотное планирование Бесплатные частоты Высокая спектральная емкость Лучшее переиспользование частот Возможность расположения множества линков на одном сайте © 2012 All Rights reserved to Siklu Communication Ltd. Company Confidential Заключение по E-band [2] Ключевые характеристики Описание Большое ослабление в дожде × Ограничение дальности, но Доступность для разных типов трафика может быть разной Адаптивная модуляции без разрыва канала в совокупности с QoS компенсирует ослабление Выигрыш в 24 dB удваивает доступную дальность. Заключение: E-band идеальное решение высокопроизводительной последней мили! 20 © 2012 All Rights reserved to Siklu Communication Ltd. Company Confidential Регуляторика использования EBAND 21 © 2012 All Rights reserved to Siklu Communication Ltd. Company Confidential E-Band- безлицензионный диапазон Диапазон 70-80 Ггц используется на безлицензионной основе Нет необходимости в проведении экспертиз радиочастотной совместимости Развертывание сети за день, а не за год получения частот 22 © 2012 All Rights reserved to Siklu Communication Ltd. Company Confidential THANK YOU [email protected] www.siklu.com