Richtfunksysteme mit adaptiver Modulation

Transcrição

Richtfunksysteme mit adaptiver Modulation
Oliver Meffert, Sales Manager
Rüsselsheim, 16.11.2007
Agenda
Punkt zu Punkt
Zentralstation
Grundlagen
26 GHz
Punkt zu Mehrpunkt
TeilnehmerEndeinrichtung
Planung
Systemtechnik
2
Ceragon Networks proprietary and confidential
Agenda
Punkt zu Punkt
Zentralstation
Grundlagen
26 GHz
Punkt zu Mehrpunkt
TeilnehmerEndeinrichtung
• Begriffe
• Mikrowellen-Systeme
• Datenraten
• Modulationsverfahren
• Dienste
3
Grundlagen: Begriffe
Richtfunksysteme
Überblick
Mikrowelle
PtP
PDH
PMP
SDH
Datenrate/Kanalbandbreite
4
Optisch
Grundlagen: Begriff PTP
Punkt-zu-Punkt Richtfunk (PtP)
• drahtlose Nachrichtenübertragung
• geradlinige Wellenausbreitung
• stark bündelnde Antennen
• Sichtverbindung
• größere Entfernungen durch hops
5
Grundlagen: Systemaufbau
Grundsätzlicher Aufbau PtP
• Indoor-Unit (IDU)
• Outdoor-Unit (ODU)
• Koaxialkabel
6
Grundlagen: Datenraten
Plesiochrone digitale Hierarchie (PDH)
1
30
E0
.
.
.
E1
E2
E3
64 kbps
E4
140 Mbps
2 Mbps
8 Mbps
34 Mbps
DS2
DS1
1
DS3
45 Mbps
DS0
.
.
.
6.2 Mbps
Hierarchie- Bitrate
stufe
Kbit/s
4
139.264
3
34.368
480
2
8448
120
1
2048
30
1.5 Mbps
24
56 kbps
7
Anzahl der
64 Kbit/s Kanäle
1920
Grundlagen:Datenraten
Synchrone digitale Hierarchie (SDH)
STM-1
xN
AUG
x1
AU4
VC-4
C-4
x3
140 Mbit/s
x1
TUG-3
TU-3
VC-3
STM-16
AU3
1x
VC-3
C-3
45 Mbit/s
oder
34 Mbit/s
x7
STM-4
STM-4
STM-4
STM-4
x7
x1
TUG-2
STM-1
STM-1
STM-1
TU-2
8
=
=
=
=
=
=
=
Administrative Unit
Administrative Unit Group
Container
Synchronous Transport Module
Tributary Unit
Tributary Unit Group
Virtual Container
C-2
6 Mbit/s
x3
STM-1
TU-12
AU
AUG
C
STM
TU
TUG
VC
VC-2
VC-12
C-12
2 Mbit/s
x4
TU-11
VC-11
C-11
1,5 Mbit/s
Grundlagen: Datenraten
Internet Protokoll (IP)
9
Grundlagen: Modulation
Modulation bedeutet das Aufbringen eines Nutzsignals auf das
Trägersignal.
Modulationsverfahren:
FM:
Frequenzmodulation
AM:
Amplitudenmodulation
PSK: Phase Shift Key => Phasenmodulation
QAM: Quadratur Amplitudenmodulation
Eine Abtastung eines digitalen Wertes nennt man ein Symbol.
10
QPSK:
11
2 bit/Hz
135°
45°
QAM16
QPSK
3 Amplituden
Quadratur
Quadratur
Amplituden
Phase
Modulation
Shift
Key
Phasen
124Phasen
225°
12
315°
Bei einer Abtastung/s beinhaltet das Symbol bei
BPSK
QPSK
QAM 8
QAM 16
QAM 32
QAM 64
QAM 128
QAM 256
13
1 Bit
2 Bit
3 Bit
4 Bit
5 Bit
6 Bit
7 Bit
8 Bit
Da die Abtastung/s der Kanalbandbreite entspricht
folgt: QAM128 & 28MHz Kanalbandbreite
7 Bit x 28.000.000 Abtastungen/s
Übertragungsbandbreite= 196.000.000 Bit/s
Übertragungsbandbreite = 186 MBit/s
14
Grundlagen: Kanalbandbreite
Wird die Kanalbandbreite verdoppelt,
dann erhöht sich die
Übertragungsbandbreite.
128 QAM x 56 MHz
7 Bit x 56.000.000
= 392.000.000 Bit/s
= 376 MBit/s
15
Die Erhöhung der Modulation zieht
eine Erhöhung des
minimalen Empfangspegel
nach sich, da sich die Abstände
der Symbole immer weiter verkleinern.
16
17
18
Grundlagen: Dienste
• Sprache
• all IP networking
• Daten
19
Agenda
Planung
• Ausbreitung im Funkfeld
• Link-Budget
• Antennengewinn
• Dämpfung
• Schwundreserve
• Frequenzkoordinierung
20
Planung: Ausbreitung
Schattenbildung
Streuung
Tröpfchen
Brechung
Medium 1
Beugung
Medium 2
Reflektion
21
Strahl über 1. Fresnelzone
Reflektionspunkt
direkter Strahl
r
1. Fresnelzone
2. Fresnelzone
R = Abstand der Standorte
d = Durchmesser der Fresnelzone
2
d
R •λ ⎛ λ⎞
=
+⎜ ÷
⎝4 ⎠
2
4
Standort A
mit R>>λ:
r [m ] = 8, 67 •
R[Km ]
f [GHz ]
Standort B
d
R •λ
≈
2
4
Wellenlänge = λ
22
oder
Beispiel:
R=20 km, f=26 GHz -> r = 8m
R=10 km, f=26 GHz -> r = 5m
R=20 km, f=38 GHz -> r = 6m
R=10 km, f=38 GHz -> r = 4m
Planung: Linklänge
Aus den Vorgaben der
Bundesnetzagentur lässt
sich die voraussichtlich
zu genehmigende Frequenz
in Abhängigkeit der Entfernung
ermitteln.
Beispiel 60 km
23
6,2 GHz
> 20 km
6,8 GHz
> 15 km
7,2 GHz
> 15 km
7,5 GHz
> 15 km
13,0 GHz
> 12 km
15,0 GHz
> 8 km
18,0 GHz
> 6 km
23,0 GHz
> 4 km
26,0 GHz
> 2 km
38,0 GHz
< 2 km
Planung: Link-Budget
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
24
Planung: Antennengewinn
Der Gewinn einer
Richtantenne entsteht
aus der Bündelung der
abzugebenen Energie
im Verhältnis zu einer
isotropen Antenne.
Die isotrope Antenne
gibt die Energie in alle
Dimensionen gleich ab.
i = isotrop
25
Planung: Antennengewinn
Daten zu Antennengewinn Gt und Gr
26
Planung: Sendeleistung
Daten zu Sendeleistung Pout
27
Planung: Freiraumdämpfung
Standort A
Freiraumdämpfung in dB:
Entfernung R in km
Wellenlänge λ in mm
Frequenz f in GHz
28
a
0
⎛4 • π • R ⎞
= 20 lg ⎜
÷ − 120
⎝
⎠
λ
a0 = 20 lg (R
•
f ) + 92 , 45
Standort B
Planung: Freiraumdämpfung
Beispiel a0 bei 60 km Entfernung und einer Frequenz von 7,5 GHz
+ 92,45
a0 = 20 x lg ( R x f )
a0 = 20 x lg ( 60 x 7,5 ) + 92,45
a0 = 20 x lg ( 450 )
+ 92,45
a0 = 20 x 2,65
+ 92,45
a0 = 53,06
+ 92,45
a0 = 145,51 dB
29
Planung: Schwundreserve
Pout = 29 dBm
Gt,Gr = 40,2 dBi
a0
= 145,51 dB
Pin = Pout + Gt – a0 + Gr
Pin = 29 dBm + 40,2 dBi – 145,51dB + 40,2 dBi
Pin = -36,11 dBm
30
Planung: Schwundreserve
Die minimale Empfindlichkeit des Empfängers ist -69
dBm.
Pin -36,11dBm > -69 dBm
Es ergibt sich eine Schwundreserve von 32,89 dB !?
33 dB ~ Faktor 2000
31
Planung: Regendämpfung
Regenzonen
32
Planung: Regendämpfung
23GHz
38GHz
Sehr starker Regen
150 mm/h
Starker Regen
25 mm/h
Sprühregen
0,25 mm/h
33
Planung: Mehrwege-Ausbreitung
direkter Strahl
direkter Strahl
direkter Strahl
Reflexionsstelle
34
Planung: Space Diversity
Direktes und reflektiertes Signal haben
unterschiedliche Phasenlage
Selektives Fading abhängig von Zeit,
Frequenz und Raum
100dB/s, 300MHz/s
Direct
Tx
Tx
Rx
Rx
Direct
Rx
Rx
Reflect
35
Reflect
Planung: Space Diversity
Notch an Hauptantenne
Notch an Diversity
Antenne
Kombiniertes Signal
36
+
=
Planung: Tools
37
Planung: Link ohne Space Diversity
entspricht 36,3 min Ausfallzeit im Jahr
38
Planung: Link mit Space Diversity
entspricht 25,94 sek Ausfallzeit im Jahr
39
Planung: Geländeschnitt
Pathloss
40
Planung: Frequenzkoordinierung
• Strecken:
bis 1996
41
Planung: Frequenzkoordinierung
• Strecken:
bis 2000
• 12/2004:
61.000
42
Planung: Typische Funkfeldlängen
Frequenzband
GHz
Frequenzbereich
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
43
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
Planung: Effizienz
44
Agenda
Systemtechnik
• IP-Richtfunk
• Native Ethernet
• Adaptive Modulation
• QoS im Richtfunksystem
• Multi Radio Support
45
Systemtechnik: Ceragon FibeAir IP-MAX
y Native Ethernet
y Höchster Datendurchsatz derzeit im Markt
Von 50 Mbit/s bis zu 400 Mbit/s über einen Träger
Bis zu 800 Mbit/s (full duplex) über 2 Träger (XPIC)
y Mix aus TDM (PDH) und IP Übertragung möglich
Einsatz im Access-Bereich
Einsatz im Backbone-Bereich
Die
Die“schnellste”
“schnellste”Richtfunkverbindung
Richtfunkverbindung
46
Systemtechnik: IP-Richtfunk
IP-MAX
800 Mbit/s (GbE)
y GbE oder nxFE Lösung
y 50 - 800 Mbit/s Full Duplex
y 1+0, 2+0 & 1+1 Hot Stand-By
(HSB)
weniger als 50 ms Umschaltzeit
y Ost/West-Konfiguration
y Unterbrechungsfreies
Umschalten
y Doppelte Kapazität durch
Einsatz von XPIC-Technologie
400 Mbit/s (GbE)
150-200 Mbit/s (2 FE)
50/100 Mbit/s (FE)
Einfache
EinfacheMigration
Migrationzu
zuhöheren
höherenDatenraten
Datenraten
47
Systemtechnik: Native Ethernet
Native Ethernet Plattform
ohne Mapping von Ethernet Packeten über SDH/SONET oder PDH
IP-MAX
y Höchster Durchsatz
y Geringste Latenzzeit (< 0.15 msec für
GbE@400 Mbps)
y Geeignet für VoIP
y Transparent gegenüber MAC Adressen
Native Ethernet
Native (Legacy)
PDH
48
Systemtechnik: Adaptive Modulation
Datenrate
Pro Träger:
100 bis 400 Mbit/s @ 56 MHz
50 to 200 Mbit/s @ 28 MHz
AM
Q
6
25
e
l tim
a
e
r
e&
Voic rvices
se
e
l tim
a
e
r
Non vices
ser
49
QAM
6
5
2
QAM
128
AM
64 Q
AM
32 Q
PSK
M
Q
A
16 Q
Zeit
6-stufiges unterbrechungsfreies Umschalten
Systemtechnik: Adaptive Modulatio
Rx
level
256 QAM
99.9 %
128 QAM
99.95 %
64 QAM
99.99 %
32 QAM
99.995 %
16 QAM
99.999 %
QPSK
200
170
200
140
100
200
120
Unavailability
50
200 Mbit/s
Datenrate
( @ 28 MHz )
Systemtechnik: Adaptive Modulation
y Einstellungen konfigurierbar:
y Adaptive oder feste Modulation
y Maximal- und Minimalwert einstellbar
51
Systemtechnik: QoS
y Vier Queues
y Höchste Priorität für BPDU Packete
y Klassifizierung der Daten nach:
y
y
y
y
y
y
y
External header
VLAN 802.1p
TOS / TC - IP precedence
MPLS exp field
VLAN ID
UDP packets
Short packets
y Übertragung abhängig von:
y Strickte Priorität
y Configurable Hierarchical
Weighted Round Robin (16 – 1 weights)
y Oder Mix aus beiden Varianten
52
Systemtechnik: Multi Radio Support
y 2+0 IP-Richtfunksystem (XPIC)
y 800 Mbit/s auf 1 x GE
y 1+1 HSB für 8 x E1
y Line protection
53
Systemtechnik: Multi Radio Support
y Multi Radio & Adaptive Modulation
Unabhängig für jeden Träger Æ Maximale Spektrumseffizienz
v
h
8E1 GbE
8E1 GbE
y Aufteilung der Daten auf die Träger
Æ Unabhängig von der “Link Aggregation”
Æ Unabhängig von der momentanen Übertragungsrate
54
Ceragon: Weltweite Präsenz
180+
180+Kunden
Kundenin
in80+
80+Ländern
Ländern
55
Ceragon: Referenzen in Zentraleuropa
Deutschland:
Deutsche Telekom (>100 Links)
KDZ Siegen (80 Links)
WDR (10 Links)
Universität Mainz (40 Links)
Niederlande:
KPN (70 Links)
Telfort GSM (60 Links)
Versatel (100 Links)
Schweiz:
Swisscom Broadcast (90 Links)
Österreich:
Hutchison 3G (50 Links)
Telering GSM (10 Links)
56
Richtfunk verbindet…
…Herzlichen Dank

Richtfunksysteme mit adaptiver Modulation

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