Richtfunksysteme mit adaptiver Modulation
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Richtfunksysteme mit adaptiver Modulation
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 Ceragon Networks proprietary and confidential Grundlagen: Begriffe Richtfunksysteme Überblick Mikrowelle PtP PDH PMP SDH Datenrate/Kanalbandbreite 4 Ceragon Networks proprietary and confidential Optisch Grundlagen: Begriff PTP Punkt-zu-Punkt Richtfunk (PtP) • drahtlose Nachrichtenübertragung • geradlinige Wellenausbreitung • stark bündelnde Antennen • Sichtverbindung • größere Entfernungen durch hops 5 Ceragon Networks proprietary and confidential Grundlagen: Systemaufbau Grundsätzlicher Aufbau PtP • Indoor-Unit (IDU) • Outdoor-Unit (ODU) • Koaxialkabel 6 Ceragon Networks proprietary and confidential 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 Ceragon Networks proprietary and confidential 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 Ceragon Networks proprietary and confidential 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 Ceragon Networks proprietary and confidential 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 Ceragon Networks proprietary and confidential Grundlagen: Modulation QPSK: 11 2 bit/Hz Ceragon Networks proprietary and confidential Grundlagen: Modulation 135° 45° QAM16 QPSK 3 Amplituden Quadratur Quadratur Amplituden Phase Modulation Shift Key Phasen 124Phasen 225° 12 315° Ceragon Networks proprietary and confidential Grundlagen: Modulation 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 Ceragon Networks proprietary and confidential Grundlagen: Modulation 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 Ceragon Networks proprietary and confidential 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 Ceragon Networks proprietary and confidential Grundlagen: Modulation Die Erhöhung der Modulation zieht eine Erhöhung des minimalen Empfangspegel nach sich, da sich die Abstände der Symbole immer weiter verkleinern. 16 Ceragon Networks proprietary and confidential Grundlagen: Modulation 17 Ceragon Networks proprietary and confidential Grundlagen: Modulation 18 Ceragon Networks proprietary and confidential Grundlagen: Dienste • Sprache • all IP networking • Daten 19 Ceragon Networks proprietary and confidential Agenda Planung • Ausbreitung im Funkfeld • Link-Budget • Antennengewinn • Dämpfung • Schwundreserve • Frequenzkoordinierung 20 Ceragon Networks proprietary and confidential Planung: Ausbreitung Schattenbildung Streuung Tröpfchen Brechung Medium 1 Beugung Medium 2 Reflektion 21 Ceragon Networks proprietary and confidential Planung: Ausbreitung 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 Ceragon Networks proprietary and confidential Planung: Linklänge Aus den Vorgaben der Bundesnetzagentur lässt sich die voraussichtlich zu genehmigende Frequenz in Abhängigkeit der Entfernung ermitteln. Beispiel 60 km 23 Ceragon Networks proprietary and confidential 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 Ceragon Networks proprietary and confidential 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 Ceragon Networks proprietary and confidential Planung: Antennengewinn Daten zu Antennengewinn Gt und Gr 26 Ceragon Networks proprietary and confidential Planung: Sendeleistung Daten zu Sendeleistung Pout 27 Ceragon Networks proprietary and confidential 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 Ceragon Networks proprietary and confidential 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 Ceragon Networks proprietary and confidential 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 Ceragon Networks proprietary and confidential 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 Ceragon Networks proprietary and confidential Planung: Regendämpfung Regenzonen 32 Ceragon Networks proprietary and confidential Planung: Regendämpfung 23GHz 38GHz Sehr starker Regen 150 mm/h Starker Regen 25 mm/h Sprühregen 0,25 mm/h 33 Ceragon Networks proprietary and confidential Planung: Mehrwege-Ausbreitung direkter Strahl direkter Strahl Planung: Ausbreitung direkter Strahl Reflexionsstelle 34 Ceragon Networks proprietary and confidential 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 Ceragon Networks proprietary and confidential Reflect Planung: Space Diversity Notch an Hauptantenne Notch an Diversity Antenne Kombiniertes Signal 36 + = Ceragon Networks proprietary and confidential Planung: Tools 37 Ceragon Networks proprietary and confidential Planung: Link ohne Space Diversity entspricht 36,3 min Ausfallzeit im Jahr 38 Ceragon Networks proprietary and confidential Planung: Link mit Space Diversity entspricht 25,94 sek Ausfallzeit im Jahr 39 Ceragon Networks proprietary and confidential Planung: Geländeschnitt Pathloss 40 Ceragon Networks proprietary and confidential Planung: Frequenzkoordinierung • Strecken: bis 1996 41 Ceragon Networks proprietary and confidential Planung: Frequenzkoordinierung • Strecken: bis 2000 • 12/2004: 61.000 42 Ceragon Networks proprietary and confidential 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 Ceragon Networks proprietary and confidential 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 Ceragon Networks proprietary and confidential Agenda Systemtechnik • IP-Richtfunk • Native Ethernet • Adaptive Modulation • QoS im Richtfunksystem • Multi Radio Support 45 Ceragon Networks proprietary and confidential 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 Ceragon Networks proprietary and confidential 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 Ceragon Networks proprietary and confidential 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 Ceragon Networks proprietary and confidential 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 Ceragon Networks proprietary and confidential 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 Ceragon Networks proprietary and confidential 200 Mbit/s Datenrate ( @ 28 MHz ) Systemtechnik: Adaptive Modulation y Einstellungen konfigurierbar: y Adaptive oder feste Modulation y Maximal- und Minimalwert einstellbar 51 Ceragon Networks proprietary and confidential 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 Ceragon Networks proprietary and confidential 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 Ceragon Networks proprietary and confidential 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 Networks proprietary and confidential Ceragon: Weltweite Präsenz 180+ 180+Kunden Kundenin in80+ 80+Ländern Ländern 55 Ceragon Networks proprietary and confidential 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 Ceragon Networks proprietary and confidential Richtfunk verbindet… …Herzlichen Dank