als Ergänzung zur Glasfaser im Breitbandausbau

08.05. 2015

Richtfunk

Hochschule RheinMain– Oliver Meffert

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Agenda

2

• Die Herausforderung

• Lösungsansatz

• Systemtechnik

Die Herausforderung

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Proprietary and Confidential 5

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Wozu Breitband auf dem Land? Wusstest Du, dass das durschnitt-liche europäische Huhn täglich 0,73 Eier mehr legt als wir??

Ich habs gegoogelt.

Oh, wirklich? Woher weisst Du das?

Proprietary and Confidential 5/8/2015 7

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Wachstum des Datendurchsatzes mit 3G und 4G

8

Quelle: Orange

Quelle: Nokia Siemens Networks

Quelle: “3” , UK

Quelle: Heavy Reading, Ethernet Backhaul

Quarterly Market Tracker

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Weisse Flecken

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Proprietary and Confidential 11

Proprietary and Confidential 12

Lösungsansatz

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1. Nicht verfügbar sind

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Why Use Microwave?

Wo Glasfaser und Festnetz:

Richtfunk kann

ÜBERALL eingesetzt werden

Warum Richtfunk ?

2. Zu teuer sind

3. Zu zeitaufwendig sind

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Punkt-zu-Punkt Richtfunk (PtP)

• drahtlose Nachrichtenübertragung

• geradlinige Wellenausbreitung

• stark bündelnde Antennen

• Sichtverbindung

• größere Entfernungen durch hops

Was ist Richtfunk?

Proprietary and Confidential 17

4 2

l

R d mit R>>l:

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

direkter Strahl

Strahl über 1. Fresnelzone

2. Fresnelzone

R = Abstand der Standorte

d = Durchmesser der Fresnelzone

Wellenlänge = l

Standort B Standort A

Reflektionspunkt

1. Fresnelzone

r

[ ] [ ] [ ]

r R

f m

Km

GHz = 8 67 , oder

d R

2 4 4

2

=

+

l l

Wie funktioniert Richtfunk?

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8

Grundlagen: Modulation BPSK – 16 QAM

1 Bit/Symbol/Hz

2 Bit/Symbol/Hz

4 Bit/Symbol/Hz

Proprietary and Confidential 1

9

Grundlagen: Modulation 128 QAM

Proprietary and Confidential 2

0

Grundlagen: Modulation 256 QAM

Proprietary and Confidential

Grundlagen: Modulation 1024 QAM

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Grundlagen: Modulation 2048 QAM

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Proprietary and Confidential

Grundlagen: Modulation

QAM256 & 28MHz Kanalbandbreite

8 Bit x 28.000.000 Abtastungen/s

Übertragungsbandbreite= 224.000.000 Bit/s

Übertragungsbandbreite = 214 Mbit/s

QAM256 & 56MHz Kanalbandbreite

10 Bit x 56.000.000 Abtastungen/s

Übertragungsbandbreite= 560.000.000 Bit/s

Übertragungsbandbreite = 534 Mbit/s

Modulation bedeutet das Aufbringen eines Nutzsignals auf das Trägersignal

BPSK 1 Bit QPSK 2 Bit QAM 8 3 Bit QAM 16 4 Bit QAM 32 5 Bit QAM 64 6 Bit QAM 128 7 Bit QAM 256 8 Bit QAM 1024 9 Bit QAM 2048 10 Bit

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Linkbudget

Funkfeldlänge

0 0

IDUIDU

Leistung P

[dBm]

40

20

- 20

- 40

- 60

- 80

Schwundreserveminimaler

Empfangspegel

IDU

ODUODU

Sendeleistung

Pout

Antennen-

Gewinn Gt

Freiraumdämpfung

a0

Antennen-

Gewinn Gr

Empfangspegel

Pin

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Regendämpfung

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Reichweite

Proprietary and Confidential 27

Reichweite: Typische Funkfeldlängen

Frequenzband GHz

Frequenzbereich MHz

Typ. Funkfeldlänge km

Übertragungsraten MBit/s

Kanalraster ( MHz ) => Mindestübertragungsrate (MBit/s)

4 3800 - 4200 20 ... 60 155 29,0 => 155

6,2 5925 – 6425 20 ... 60 155 29,65 => 155

6,8 6425 - 7125 20 ... 50 2 x 155 40,0 => 2 x 155 80,0 => STM 4 / 2xSTM2

7,2 7137 – 7413 20 ... 55 155 1,0 => 2 3,5 => 2 7,0 => 8 14,0 => 34

7,5 7425 - 7725 20 ... 45 155 28,0 => 155

13 12750 - 13250 20 ... 40 155 28,0 => 155

15 14500 – 14620 15230 – 15350

10 ... 35 2 ... 51 1,75 => 2 3,5 => 2 7,0 => 8 14,0 => 16

18 17700 – 19700 6 ... 25 34 ... 155 3,75 => 34 27,5 => 51 55,0 => 155

26 24500 – 26500

UB:25137-25445 OB:26145-26453

3 ... 10 2 ... 155 3,5 => 2 7,0 => 8 14,0 => 16 28,0 => 34 56,0 => 155 112 => STM 4 / 2xSTM 2

38 37000 - 37900 0,3 ... 6 2 ... 155 7,0 => 2 / 8 14,0 => 16 28,0 => 34 56,0 => 155 140,0 => STM 4 / 2xSTM 2

Systemtechnik All-Outdoor

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Wachstum des Datendurchsatzes mit 3G und 4G

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Quelle: Orange

Quelle: Nokia Siemens Networks

Quelle: “3” , UK

Quelle: Heavy Reading, Ethernet Backhaul

Quarterly Market Tracker

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Richtfunk (R)evolution

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Modulationsumfang ACM 4-2048 QAM

(11 ACM points)

Frequenzbaender 6-42 GHz

Kanalbandbreiten 3.5 – 56 MHz

System Konfigurationen 1+0,1+1HSB, 2+0 SP/DP, 4+0SP/DP, 2+2HSB

2x2, 4x4 LoS MIMO

Traffic Manager “Smart Pipe”

Integrierter Switch

Power over Ethernet Standard & proprietary (IEEE 802.3at)

Kompakte Bauweise 24x22x10 cm

Antennen Ceragon spezifisches RFU-C Interface

Direct and Remote mount - Standard Flange

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Anschlüsse

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Konfigurationen Ceragon Standard Antenna Interface

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Single Pol. Splitter

Dual Pol. OMT

2+0 DP ACAP

28MHz V

28MHz H

2+0 SP

28MHz 28MHz

2+0 DP CCDP

28MHz V

28MHz H

OR

OR

2+0 SP/DP Direct Mount

IP-20C

IP-20C - Simple and quick installation

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56MHz 56MHz

Beispiel: 2+2 HSB Single Polarisation

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2+2HSB SP

56MHz 56MHz

Splitter

Dual Coupler

Flexible, Easy to Install direct mount options

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Enhanced by Multi-Core innovation

LoS 4x4 MIMO Bandbreite x Faktor 4

LoS: Line-of-Sight

MIMO: Multiple-Input & Multiple-Output

FibeAir IP-20C 4x4 MIMO

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Line-of-Sight (LoS) MIMO

Site 1

Site 2

V

H V

H

1 Gbit/s mit nur einem

28 MHz Kanal (V+H)

• Bandbreite x 4 auf einem einzelnen Kanal

• 2x IP-20C an jedem Standort

• Effiziente Nutzung des Spektrums

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LoS MIMO – Grundlagen(I)

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h1

h2

𝑑11

𝑑12

𝑑21

𝑑22

Signal A

Signal B

A + B

A - B

DSP

DSP

(𝑑12−𝑑11)+(𝑑21−𝑑22)=𝜆/2

(∅12−∅11)+(∅21-∅22)=𝜋

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LoS MIMO – Grundlagen (II)

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• Gleiches Signal trifft mit verschiedenen

Phasenlagen auf verschiedene Antennen

• Beeinflussung der Phasenlage durch

Veraenderung der Pfadlaenge (𝒅𝒊𝒋)

• Pfadlaenge wird beeinflusst durch die

Antennenabstaende (𝒉𝟏, 𝒉𝟐)

• Damit erhaelt man den optimalen

Antennenabstand um LoS MIMO

moeglichst stabil zu betreiben

ℎ1 ∙ ℎ2 =𝐷 ∙ 𝑐

2𝑓

h1, h2: Antennas’ Separation [m]

D: Link Distance [m]

c: Speed of Light 3 × 108 m

sec

f: Link Frequency [Hz]

Special case: 𝒉𝟏 = 𝒉𝟐 ≝ 𝒉𝒐𝒑𝒕𝒊𝒎𝒂𝒍

𝒉𝒐𝒑𝒕𝒊𝒎𝒂𝒍 =𝑫 ∙ 𝒄

𝟐𝒇

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LoS MIMO – Optimaler Antennenabstand

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MIMO Datendurchsatz vs. Antennenabstand

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Optimal Antenna Separation Capacity vs. Antenna Separation

Man erreicht 70% der maximalen Datenrate bei halbem

optimalem Antennenabstand (auf beiden Endstellen!)

Streckenlaenge[km]

Op

tim

ale

r A

nte

nn

en

ab

sta

nd

[m

]

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LoS MIMO Installation

Horizontale

Montage

Vertikale

Montage

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• Gleiches All-Outdoor Gehaeuse

E-Band (70/80 GHz) System

• Hohe Verfügbarkeit durch Lizenzierung

• Hohe Datenrate von bis zu 2.5 GBit/s

Modulation bis 256QAM

• 250/500 MHz Kanalbandbreite

• PoE oder -48V DC

Spannungsversorgung

• Entfernungen bis ca. 2 km

Eband 70/80 GHz Bereich

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Installationsbeispiel

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Danke!