mmwaves_intro - Важнейшим преимуществом РРЛ диапазона E

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
support@siklu.com
www.siklu.com