E-Band Millimeter Wave -tekniikka

Johdatus Millimeter Wave Technology E-Band- ja V-Band-tekniikoihin

MMW-yhteenveto

Millimeter Wave (MMW) on tekniikka nopeille (10 Gbps, 10 Gigabittiä sekunnissa) suurikapasiteettisille langattomille yhteyksille, joka on ihanteellinen kaupunkialueille. Korkean taajuuden mikroaaltoja käyttämällä E-Band (70-80GHz) ja 58GHz - 60GHz (V-Band) taajuuksissa linkit voidaan sijoittaa tiheästi ruuhkaisissa kaupungeissa ilman häiriöitä ja tarvitsematta kaivaa kaapeleita ja kuituoptiikkaa, jotka voidaan kallis, hidas ja erittäin häiritsevä. Sitä vastoin MMW-linkit voidaan ottaa käyttöön tunneissa, ja niitä voidaan siirtää ja käyttää uudelleen eri sivustoissa verkkovaatimusten kehittyessä.

CableFree MMW Millimeter Wave Link asennettu Arabiemiirikuntiin

MMW: n historia

Vuonna 2003 Pohjois-Amerikan liittovaltion viestintäkomissio (FCC) avasi useita korkeataajuisia millimetriaaltoja (MMW), nimittäin alueilla 70, 80 ja 90 gigahertsiä (GHz), kaupalliseen ja julkiseen käyttöön. Koska näillä taajuusalueilla on valtava määrä taajuuksia (noin 13 GHz), millimetriradiopuhelimista on nopeasti tullut markkinoiden nopein pisteestä pisteeseen (pt-pt) -radioratkaisu. Radiolähetystuotteita, jotka tarjoavat täyden kaksipuolisen tiedonsiirtonopeuden jopa 1.25 Gbps, operaattoriluokan saatavuustasolla 99.999% ja lähes yhden mailin tai pidemmillä etäisyyksillä, ovat saatavilla tänään. Kustannustehokkaan hinnoittelun ansiosta MMW-radiot voivat muuttaa liiketoimintamalleja matkaviestinnän palveluntarjoajille ja metro- / yritysmaailman ”Last-Mile” -yhteydelle.

Lainsäädännön tausta
Aiemmin käyttämättömien taajuuksien 13 GHz: n avaamista taajuusalueilla 71… 76 GHz, 81… 86 GHz ja 92… 95 GHz kaupalliseen käyttöön ja suurtiheyksisiin kiinteisiin langattomiin palveluihin Yhdysvalloissa lokakuussa 2003 pidetään Federal Communications Commissionin (FCC) maamerkki. Teknologisesta näkökulmasta tämä päätös mahdollisti ensimmäistä kertaa täyden linjan nopeuden ja kaksisuuntaisen gigabitin nopeuden langattoman viestinnän yhden mailin tai enemmän etäisyyksillä operaattoriluokan saatavuustasolla. Kun taajuusalue avattiin kaupalliseen käyttöön, FCC: n puheenjohtaja Michael Powell ilmoitti päätöksen avaavan "uuden rajan" kaupallisissa palveluissa ja tuotteissa amerikkalaisille. Siitä lähtien on avattu uusia markkinoita kuitujen korvaamiselle tai laajennukselle, pisteestä pisteeseen langattomille "Last-Mile" -verkkoverkoille ja laajakaistayhteydelle gigabitin tiedonsiirtonopeudella ja sen ulkopuolella.

70 GHz: n, 80 GHz: n ja 90 GHz: n allokaatioiden merkitystä ei voida yliarvioida. Nämä kolme allokaatiota, joita kutsutaan yhdessä nimellä E-kaista, käsittävät suurimman määrän taajuuksia, jotka FCC on koskaan vapauttanut lisensoituun kaupalliseen käyttöön. Yhdessä 13 GHz: n taajuus lisää FCC: n hyväksymien taajuuskaistojen määrää 20% ja nämä kaistat yhdessä edustavat 50-kertaista koko solukkospektrin kaistanleveyttä. Kun käytettävissä on yhteensä 5 GHz: n kaistanleveys taajuuksilla 70 GHz ja 80 GHz, ja 3 GHz: n taajuudella 90 GHz, gigabitin Ethernet ja korkeammat datanopeudet voidaan helposti sijoittaa suhteellisen yksinkertaisilla radioarkkitehtuureilla ja ilman monimutkaisia ​​modulointimenetelmiä. Kun etenemisominaisuudet ovat vain hieman huonommat kuin laajalti käytettyjen mikroaaltokaistojen ominaisuudet ja hyvin karakterisoidut sääominaisuudet, jotka mahdollistavat sateen ymmärtämisen, voidaan usean mailin yhteysetäisyydet toteuttaa varmuudella.

FCC: n päätös loi perustan myös uudelle Internet-pohjaiselle lisenssijärjestelmälle. Tämä online-lisensointijärjestelmä mahdollistaa radion linkin nopean rekisteröinnin ja tarjoaa taajuussuojauksen alhaisella kertaluonteisella muutaman sadan dollarin hinnalla. Monet muut maat ympäri maailmaa avaavat tällä hetkellä MMW-spektrin julkiseen ja kaupalliseen käyttöön FCC: n maamerkki-päätöksen seurauksena. Tässä artikkelissa yritämme selittää 70 GHz: n, 80 GHz: n ja 90 GHz: n kaistojen merkityksen ja näyttää, kuinka nämä uudet taajuusallokaatiot muuttavat todennäköisesti suurten datanopeuksien lähetyksiä ja niihin liittyviä liiketoimintamalleja.

Kohdemarkkinat ja sovellukset suuren kapasiteetin "Last-Mile" -yhteysyhteyteen
Pelkästään Yhdysvalloissa on noin 750,000 20 liikerakennusta, joissa on yli 1 työntekijää. Nykypäivän erittäin Internet-yhteydessä olevissa liiketoimintaympäristöissä suurin osa näistä rakennuksista tarvitsee suurta datanopeutta Internet-yhteyksiä. Vaikka onkin totta, että monet yritykset ovat tällä hetkellä tyytyväisiä hitaampaan nopeuteen T1 / E1.54 2.048 Mbps tai vastaavasti 3 Mbps tai muuhun hitaampaan DSL-yhteyteen, nopeasti kasvava määrä yrityksiä tarvitsee tai vaatii DS- 45 (13.4 Mbps) liitettävyyttä tai nopeampi kuituliitäntä. Siitä huolimatta ongelmat alkavat, Vertical Systems Groupin äskettäin tekemän tutkimuksen mukaan vain 86.6% Yhdysvaltain liikerakennuksista on kytketty kuituverkkoon. Toisin sanoen 45 prosentilla näistä rakennuksista ei ole kuituyhteyttä, ja rakennusten vuokralaiset luottavat hitaammin langallisten kuparipiirien vuokraamiseen vakiintuneiden tai vaihtoehtoisten puhelinpalvelujen tarjoajilta (ILEC: t tai CLEC: t). Tällaiset nopeamman langallisen kupariliitännän, kuten 3 Mbps DS-3,000 -yhteyden, kustannukset voivat helposti nousta XNUMX XNUMX dollariin kuukaudessa tai enemmän.

Toinen mielenkiintoinen Ciscon vuonna 2003 tekemä tutkimus paljasti, että 75% yhdysvaltalaisista liikerakennuksista, joita ei ole kytketty kuituun, ovat yhden mailin päässä kuituyhteydestä. Kuitenkin huolimatta kasvavasta kysynnästä suuren kapasiteetin siirtämiseksi näihin rakennuksiin, kuidun asettamiseen liittyvät kustannukset eivät useinkaan salli "pullonkaulan sulkemista". Esimerkiksi kuitujen asettamisen kustannukset Yhdysvaltojen suurkaupungeissa voivat nousta 250,000 1 dollariin mailia kohden, ja monissa Yhdysvaltain suurimmissa kaupungeissa on jopa moratorio uusien kuitujen asettamiselle siihen liittyvien massiivisten liikennehäiriöiden vuoksi. Kuitujen ja liikerakennusten liitettävyysluvut ovat monissa Euroopan kaupungeissa huomattavasti huonommat, ja joidenkin tutkimusten mukaan vain noin XNUMX% liikerakennuksista on kytketty kuituun.

Monet alan analyytikot ovat yhtä mieltä siitä, että lyhyen matkan langattomille "Last Mile" -yhteysyhteyksille on suuret ja tällä hetkellä alipalvelut edellyttäen, että taustalla oleva tekniikka sallii operaattoriluokan saatavuustason. MMW-radiojärjestelmät soveltuvat täydellisesti näiden teknisten vaatimusten täyttämiseen. Lisäksi suuren kapasiteetin ja kaupallisesti saatavilla olevat MMW-järjestelmät ovat hinnoittelussa laskeneet huomattavasti parin viime vuoden aikana. Verrattuna vain yhden mailin kuitujen laskemiseen suuressa pääkaupunkiseudussa Yhdysvalloissa tai Euroopassa, gigabitin Ethernet-yhteensopivan MMW-radion käyttö voi olla jopa 10% kuitukustannuksista. Tämä hinnoittelurakenne tekee gigabittiyhteyksien taloudesta houkuttelevan, koska vaadittu pääomarakenne ja siitä johtuva sijoitetun pääoman tuottoprosentti lyhenevät huomattavasti. Näin ollen monet korkean datanopeuden sovellukset, joita ei aikaisemmin voitu palvella taloudellisesti kuitujen kaivamisen korkeiden infrastruktuurikustannusten vuoksi, voidaan nyt palvella ja ovat taloudellisesti toteuttamiskelpoisia MMW-radiotekniikkaa käytettäessä. Näitä sovelluksia ovat:
● CLEC- ja ILEC-kuitujen jatkaminen ja korvaaminen
● Metro-Ethernet-takaiskun ja kuiturenkaiden sulkimet
● Langattomat kampuksen lähiverkon laajennukset
● Kuidun varmuuskopiointi ja polun monimuotoisuus kampusverkoissa
● Hätäpalautus
● Suuren kapasiteetin SAN-yhteys
● Irtisanominen, siirrettävyys ja turvallisuus kotimaan turvallisuudessa ja armeijassa
● 3G-matkapuhelin ja / tai WIFI / WiMAX-takaisinkytkentä tiheässä kaupunkiverkossa
● Kannettavat ja väliaikaiset linkit teräväpiirtovideo- tai HDTV-siirtoja varten

Miksi käyttää E-Band MMW -tekniikkaa?

Laitteiden valmistajat ovat herättäneet eniten kiinnostusta kolmesta avatusta taajuuskaistasta 70 GHz ja 80 GHz. Suunniteltu rinnakkaiseloon, 71… 76 GHz: n ja 81… 86 GHz: n allokaatiot sallivat 5 GHz: n täysdupleksisen lähetyskaistanleveyden; riittää lähettämään täysin kaksisuuntaisen gigabitin Ethernet (GbE) -signaalin jopa yksinkertaisimmilla modulaatiomenetelmillä. Edistyksellinen Wireless Excellence -suunnittelu onnistui jopa käyttämään alempaa 5 GHz: n kaistaa, vain 71… 76 GHz: n taajuudella, kaksisuuntaisen GbE-signaalin siirtämiseen. Myöhemmin tämän lähestymistavan käytössä on selvä etu, kun on kyse MMW-tekniikan käyttöönotosta lähellä tähtitieteellisiä paikkoja ja Yhdysvalloissa sijaitsevissa maissa. Suoralla datanmuunnoksella (OOK) ja edullisilla diplexereillä suhteellisen yksinkertainen ja siten kustannustehokas ja korkea luotettava radioarkkitehtuuri voidaan saavuttaa. Spektrisesti tehokkaammilla modulointikoodeilla voidaan saavuttaa jopa suurempi kaksisuuntainen lähetys nopeudella 10 Gbps (10GigE) jopa 40 Gbps.

92… 95 GHz: n allokoinnin kanssa on paljon vaikeampi työskennellä, koska tämä spektrin osa on jaettu kahteen epätasaiseen osaan, jotka on erotettu kapealla 100 MHz: n poissulkemiskaistalla välillä 94.0… 94.1 GHz. Voidaan olettaa, että tätä spektrin osaa käytetään todennäköisemmin suuremman kapasiteetin ja lyhyemmän kantaman sisätiloissa. Tätä jakamista ei käsitellä tarkemmin tässä valkoisessa kirjassa.

Selkeissä sääolosuhteissa lähetysetäisyydet taajuuksilla 70 GHz ja 80 GHz ylittävät useita mailia matalan ilmakehän vaimennusarvon vuoksi. Kuvio 1 osoittaa kuitenkin, että jopa näissä olosuhteissa ilmakehän vaimennus vaihtelee merkittävästi taajuuden mukaan [1]. Tavanomaisilla alhaisemmilla mikroaaltotaajuuksilla ja noin 38 GHz: iin saakka ilmakehän vaimennus on kohtuullisen alhainen vaimennusarvojen ollessa muutama kymmenesosa desibeliä kilometriä kohden (dB / km). Noin 60 GHz: n absorptio happimolekyylien vaikutuksesta aiheuttaa suuren piikin vaimennuksessa. Tämä hapen imeytymisen suuri kasvu rajoittaa vakavasti 60 GHz: n radiotuotteiden radiolähetysetäisyyksiä. 60 GHz: n happiabsorptiohuipun yli avautuu kuitenkin laajempi matalan vaimennuksen ikkuna, jossa vaimennus laskee takaisin arvoon noin 0.5 dB / km. Tätä matalan vaimennuksen ikkunaa kutsutaan yleisesti E-kaistaksi. E-kaistan vaimennusarvot ovat lähellä tavallisten mikroaaltoradiojen kokemaa vaimennusta. Yli 100 GHz: n ilmakehän vaimennus kasvaa yleensä ja lisäksi on olemassa lukuisia molekyyliabsorptiokaistoja, jotka aiheutuvat O2: n ja H2O: n absorptiosta korkeammilla taajuuksilla. Yhteenvetona voidaan todeta, että suhteellisen pieni ilmakehän vaimennusikkuna välillä 70 GHz - 100 GHz tekee E-kaistan taajuuksista houkuttelevia suuren kapasiteetin langattomalle lähetykselle. Kuvassa 1 on myös esitetty, kuinka sateen ja sumun vaimennus mikroaaltouunissa, millimetri-aalto- ja infrapuna-optisissa kaistoissa, jotka alkavat noin 200 terahertsiä (THz) ja joita käytetään FSO-siirtojärjestelmissä. Eri ja erityisillä sademäärillä vaimennusarvot muuttuvat hieman lähetystaajuuksien kasvaessa. Sademäärien ja läpäisyetäisyyksien suhdetta tarkastellaan tarkemmin seuraavassa osassa. Sumuihin liittyvä vaimennus voidaan periaatteessa jättää huomiotta millimetri-aaltotaajuuksilla, mikä kasvaa useita suuruusluokkia millimetri-aallon ja optisen lähetyskaistan välillä: Tärkein syy siihen, miksi pidemmän matkan FSO-järjestelmät lakkaavat toimimasta sumuisissa olosuhteissa.

Lähetysetäisyydet E-Bandille
Kuten kaikilla suurtaajuuksisilla radiotaajuuksilla, sateen vaimennus määrää tyypillisesti lähetysetäisyyksien käytännön rajat. Kuvio 2 osoittaa, että E-kaistan taajuusalueella toimivat radiojärjestelmät voivat kokea suuren vaimennuksen sateen läsnä ollessa [2]. Onneksi voimakkain sade pyrkii satamaan rajoitetuissa osissa maailmaa; lähinnä subtrooppiset ja päiväntasaajan maat. Ruuhka-aikoina sademääriä voi olla yli seitsemän tuumaa / tunti (180 mm / tunti) lyhyitä ajanjaksoja. Yhdysvalloissa ja Euroopassa sademäärät ovat yleensä alle 100 mm / h. Tällainen sademäärä aiheuttaa signaalin vaimennuksia 30 dB / km, ja sitä esiintyy yleensä vain lyhyiden pilvipurskeiden aikana. Nämä pilvipurkaukset ovat sateita, jotka näkyvät suhteellisen pienillä ja paikallisilla alueilla ja pienemmällä voimakkuudella, halkaisijaltaan suuremmalla sateella. Koska pilvipurkaukset liittyvät tyypillisesti myös vakaviin sääolosuhteisiin, jotka liikkuvat nopeasti linkin yli, sateen katkokset ovat yleensä lyhyitä ja ongelmallisia vain pidemmän matkan siirtolinkeillä.

Millimetrin aaltojen ja sateen vaimennuksen V-kaistainen E-kaista

ITU: n sadevyöhykkeet Global Millimeter Wave E-Band V-Band

Kansainvälinen teleliitto (ITU) ja muut tutkimusorganisaatiot ovat keränneet vuosikymmenien sadetietoja kaikkialta maailmasta. Yleensä sademäärät ja sademäärän, tilastollisen sateen keston, sadepisojen koon jne. Väliset suhteet ovat hyvin ymmärrettäviä [3], ja näiden tietojen avulla on mahdollista suunnitella radiolinkkejä pahimpien sääilmiöiden voittamiseksi tai ennustaa tietyillä taajuuksilla toimivien pidempien radiolinkkien säähän liittyvien katkosten kesto. ITU: n sadevyöhykeluokitus näyttää odotetut tilastolliset sademäärät aakkosjärjestyksessä. Vaikka alueet, joissa sateet ovat vähiten, luokitellaan alueeksi A, korkeimmat sademäärät ovat alueella Q. ITU: n maailmanlaajuinen sadevyöhykekartta ja luettelo sademääristä tietyillä maailman alueilla on esitetty alla olevassa kuvassa 3.

 MMW Rain Fade Map USA: n E-kaistan V-kaistalle

Kuva 3: ITU: n sadealueiden luokittelu eri puolilla maailmaa (ylhäältä) ja todelliset tilastolliset sademäärät sadetapahtumien keston funktiona

Kuvassa 4 on yksityiskohtaisempi kartta Pohjois-Amerikasta ja Australiasta. On syytä mainita, että noin 80% Yhdysvaltain mannerosasta kuuluu sadevyöhykkeeseen K ja sen alapuolelle. Toisin sanoen toimiakseen 99.99%: n käytettävyystasolla radiojärjestelmän häipymismarginaali on suunniteltava kestämään sateiden enimmäisnopeus 42 mm / tunti. Pohjois-Amerikassa korkeimmat sademäärät voidaan havaita Floridassa ja Persianlahden rannikolla, ja nämä alueet luokitellaan sade-alueelle N. Yleensä Australiassa sataa vähemmän kuin Pohjois-Amerikassa. Valtavat osat maasta, mukaan lukien väkirikkaampi etelärannikko, sijaitsevat sadevyöhykkeillä E ja F (<28 mm / h).

Yksinkertaistamiseksi on mahdollista laskea tietyn radiojärjestelmän saatavuus tietyssä osassa maailmaa yhdistämällä kuvan 2 tulokset (sademäärä vs. vaimennus) ja käyttämällä kuvissa 3 ja 4 esitettyjä ITU: n sadekaavioita. . Yhdysvaltojen, Euroopan ja Australian sademäärätietoihin perustuvat teoreettiset laskelmat osoittavat, että 70/80 GHz: n radiolähetyslaitteet voivat saavuttaa GbE-yhteyden tilastollisella 99.99… 99.999%: n saatavuustasolla lähellä mailia tai jopa sen yli. Alhaisemmasta 99.9%: n saatavuudesta voidaan tavallisesti saavuttaa yli 2 mailin etäisyydet. Kun verkko määritetään rengas- tai verkkotopologiaan, teholliset etäisyydet kaksinkertaistuvat joissakin tapauksissa samalla käytettävyysluvulla johtuen voimakkaiden sadesolujen tiheästä, klusteroituneesta luonteesta ja renkaan / mesh-topologioiden tarjoamasta polun redundanssista.

MMW Rain Fade Map Australia E-Band V_Band

Kuva 4: ITU: n sadevyöhykeluokitus Pohjois-Amerikassa ja Australiassa

Yksi MMW-tekniikan vahva etu muihin suurikapasiteettisiin langattomiin ratkaisuihin, kuten vapaaseen avaruusoptiikkaan (FSO) verrattuna, on se, että muut siirtohäiriöt, kuten sumu tai hiekkamyrskyt, eivät vaikuta MMW-taajuuksiin. Esimerkiksi paksun sumun nestemäisen vesipitoisuuden ollessa 0.1 g / m3 (näkyvyys noin 50 m) vaimennus on vain 0.4 dB / km taajuudella 70/80 GHz [4]. Näissä olosuhteissa FSO-järjestelmän signaalivaimennus on yli 250 dB / km [5]. Nämä äärimmäiset vaimennusarvot osoittavat, miksi FSO-tekniikka voi tarjota korkeita käytettävyyslukuja vain lyhyemmillä matkoilla. Samoin pöly, hiekka, lumi ja muut siirtotien häiriöt eivät vaikuta E-kaistaisten radiojärjestelmien toimintaan.

Vaihtoehtoiset suurten nopeuksien langattomat tekniikat
Vaihtoehtona langattomalle E-kaistan langattomalle tekniikalle on rajoitettu määrä elinkelpoisia tekniikoita, jotka pystyvät tukemaan suurta datanopeutta. Tässä valkoisen kirjan osassa on lyhyt yleiskatsaus.

Kuituoptinen kaapeli

Kuituoptinen kaapeli tarjoaa kaikkien käytännön lähetystekniikoiden laajimman kaistanleveyden, mikä mahdollistaa erittäin korkean tiedonsiirtonopeuden siirtämisen pitkillä etäisyyksillä. Vaikka tuhansia mailia kuitua on saatavilla maailmanlaajuisesti ja erityisesti kaukoliikenteessä ja kaupunkien välisissä verkoissa, Last-Mile-yhteys on edelleen rajallinen. Kaivosten kaivamiseen ja maanpäällisen kuidun asettamiseen liittyvistä huomattavista ja usein kohtuuttoman korkeista etukäteiskustannuksista sekä oikeanpuoleisista ongelmista johtuen kuitujen saanti voi olla vaikeaa tai mahdotonta. Pitkät viivästykset ovat myös yleisiä, ei pelkästään kuidun kaivamisen fyysisen prosessin, vaan myös ympäristövaikutusten ja mahdollisten byrokraattisten esteiden vuoksi. Tästä syystä monet kaupungit ympäri maailmaa kieltävät kuidun kaivamisen kaupunkikaupungin liikenteen häiriöiden ja kaivausprosessin yleisölle aiheuttamien yleisten haittojen vuoksi.

Mikroaaltoradioratkaisut

Kiinteät pisteestä pisteeseen mikroaaltoradiot tukevat suurempia tiedonsiirtonopeuksia, kuten täysdupleksinen 100 Mbps Fast Ethernet tai jopa 500 Mbps operaattoria kohti taajuusalueella 4-42 GHz. Perinteisemmissä mikroaaltokaistoissa spektri on kuitenkin rajallinen, usein ruuhkainen ja tyypilliset lisensoidut spektrikanavat ovat hyvin kapeita verrattuna E-kaistan spektriin.

Mikroaaltouuni ja millimetrin aalto MMW Spectrum V-alue ja E-kaista

Kuva 5: Vertailu suurten datanopeuksien mikroaaltoradiojen ja 70/80 GHz: n radioratkaisun välillä.

Yleensä lisensointia varten käytettävissä olevat taajuuskanavat ovat usein enintään 56 megahertsiä (MHz), mutta tyypillisesti 30 MHz tai alle. Joillakin taajuusalueilla voi olla käytettävissä laajaa 112 MHz: n kanavaa, joka pystyy tukemaan 880 Mb / s kantajaa kohden, mutta vain suurilla taajuuskaistoilla, jotka soveltuvat lyhyille etäisyyksille. Tämän vuoksi näillä taajuusalueilla suuremmilla datanopeuksilla toimivien radioiden on käytettävä erittäin monimutkaisia ​​järjestelmäarkkitehtuureja, joissa käytetään modulointimenetelmiä jopa 1024 kvadratuuriamplitudimodulointiin (QAM). Tällaiset erittäin monimutkaiset järjestelmät johtavat rajoitettuihin etäisyyksiin, ja suurimmilla kanavilla tiedonsiirtonopeus on edelleen rajoitettu 880 Mbps: iin. Näillä taajuusalueilla käytettävissä olevan rajoitetun taajuuksien, laajempien antennin säteenleveyskuvioiden ja korkean QAM-modulaation herkkyyden vuoksi kaikenlaisille häiriöille perinteisten mikroaaltoratkaisujen tiheämpi käyttöönotto kaupunki- tai pääkaupunkiseudulla on erittäin ongelmallista. Visuaalinen spektrivertailu perinteisten mikroaaltokaistojen ja 70/80 GHz -lähestymistavan välillä on esitetty kuvassa 5.

60 GHz: n (V-kaista) millimetrin aaltoradioratkaisut
Taajuuden allokoinnit 60 GHz: n taajuusalueella ja erityisesti 57 - 66 GHz: n taajuusalueet vaihtelevat merkittävästi maailman eri alueilla. Pohjois-Amerikan FCC on julkaissut laajemman taajuusalueen, joka on välillä 57… 64 GHz, joka tarjoaa riittävän kaistanleveyden kaksisuuntaiselle GbE-toiminnalle. Muut maat eivät ole noudattaneet tätä erityistä päätöstä, ja näillä mailla on pääsy vain paljon pienempiin ja usein kanavoitaviin taajuusallokointeihin 60 GHz: n taajuusalueella. Yhdysvaltojen ulkopuolella käytettävissä olevien taajuuksien rajallinen määrä ei salli kustannustehokkaiden 60 GHz: n radioratkaisujen rakentamista suurilla tiedonsiirtonopeuksilla Euroopassa, Saksassa, Ranskassa ja Englannissa, vain muutamia mainitakseni. Jopa Yhdysvalloissa lähetystehon säännelty rajoitus yhdistettynä suhteellisen heikkoihin etenemisominaisuuksiin, jotka johtuvat happimolekyylien suuresta ilmakehän imeytymisestä (katso kuva 1), rajoittaa tyypilliset yhteysetäisyydet alle puoleen mailiin. Kuljettajaluokan suorituskyvyn saavuttamiseksi, 99.99… 99.999% järjestelmän käytettävyydestä, etäisyys on yleensä rajoitettu hieman yli 500 jaardiin (500 metriä). FCC on luokitellut 60 GHz: n taajuuksien lisenssitöntä taajuuksiksi. Toisin kuin korkeamman taajuuden 70/80 GHz: n allokaatiot, 60 GHz: n radiojärjestelmien toiminta ei vaadi laillista hyväksyntää tai koordinointia. Toisaalta lisensoimattoman tekniikan käyttö on erittäin suosittua loppukäyttäjien keskuudessa, mutta samalla ei ole suojaa tahattomilta tai tahallisilta häiriöiltä. Yhteenvetona voidaan todeta, että erityisesti Yhdysvalloissa 60 GHz: n taajuuksien käyttö voi olla potentiaalinen vaihtoehto lyhyen matkan käyttöönottoon, mutta tekniikka ei ole todellinen vaihtoehto yli 500 metrin linkkietäisyyksille ja kun järjestelmän käytettävyys on 99.99–99.999%.

Vapaa avaruusoptiikka (FSO, optinen langaton)
Vapaa avaruusoptiikka (FSO) käyttää infrapunalasertekniikkaa tiedonsiirtoon etäpaikkojen välillä. Teknologia mahdollistaa erittäin korkean tiedonsiirtonopeuden (1 Gb / s tai enemmän) lähettämisen. FSO-tekniikka on yleensä erittäin turvallinen siirtotekniikka, se ei ole kovin altis häiriöille erittäin kapeiden lähetyssädeominaisuuksien vuoksi, ja se on myös maailmanlaajuinen lisenssivapaa.

Valitettavasti sumu vaikuttaa voimakkaasti signaalien välitykseen optisilla infrapunakaistoilla, missä ilmakehän absorptio voi ylittää 130 dB / km [5]. Kaikenlaiset sääolosuhteet, jotka vaikuttavat näkyvyyteen kahden sijainnin välillä (esim. Hiekka, pöly), vaikuttavat myös FSO-järjestelmän suorituskykyyn. Sumu- ja pöly- / hiekkamyrskyt voivat myös olla hyvin paikallisia ja vaikeasti ennustettavia, minkä vuoksi FSO-järjestelmän saatavuuden ennustaminen on vaikeampi. Toisin kuin äärimmäiset sateet, joiden kesto on hyvin lyhyt, sumu ja pöly / hiekkamyrskyt voivat myös kestää hyvin kauan (tunteja tai jopa päiviä eikä minuutteja). Tämä voi johtaa erittäin pitkiin seisokkeihin sellaisissa olosuhteissa toimiville FSO-järjestelmille.

Käytännöllisestä näkökulmasta ja kun otetaan huomioon käytettävyysluvut 99.99… 99.999%, kaikki edellä mainitut voivat rajoittaa FSO-tekniikan vain muutaman sadan jaardin (300 metrin) etäisyydelle; varsinkin rannikko- tai sumualttiilla alueilla sekä alueilla, joilla esiintyy hiekka- / pölymyrskyjä. Vaihtoehtoista polkutekniikkaa suositellaan, jotta 100 prosentin yhteys voidaan säilyttää, kun FSO-järjestelmiä otetaan käyttöön tällaisissa ympäristöissä.

Suurin osa alan asiantuntijoista on yhtä mieltä siitä, että FSO-tekniikka voi tarjota mielenkiintoisen ja mahdollisesti edullisen vaihtoehdon langattomasti yhdistää etäpaikkoja lyhyemmillä etäisyyksillä. Signaalin vaimennuksen fysiikka infrapunaspektrissä rajoittaa kuitenkin tämän tekniikan aina hyvin lyhyille etäisyyksille.

Lyhyt vertailu keskustelluista ja kaupallisesti saatavilla olevista korkean datanopeuden siirtotekniikoista ja niiden keskeisistä suorituskykyajureista on esitetty taulukossa 1.

MMW Verrattuna muihin langattomiin tekniikoihin

Taulukko 1: Vertailukaavio kaupallisesti saatavista suurten datanopeuksien langallisista ja langattomista siirtotekniikoista

Kaupallisesti saatavissa olevat millimetri-aaltoratkaisut
CableFree Millimeter-wave -tuotevalikoima sisältää pisteestä pisteeseen -radioratkaisuja, jotka toimivat nopeudella 100 Mbps - 10 Gbps (10 Gigabit Ethernet) lisensoidulla 70 GHz: n E-taajuusalueella ja jopa 1 Gb / s lisensoimattomalla 60 GHz: n taajuudella. Järjestelmiä on saatavana erikokoisina, jotta ne täyttävät asiakkaan saatavuusvaatimukset tietyillä käyttöetäisyyksillä alan kilpailevimpiin hintoihin. Wireless Excellencen E-kaistaradioratkaisut toimivat vain lisensoidun 5/70 GHz: n E-kaistan spektrin alemmalla 80 GHz: n taajuusalueella sen sijaan, että lähetettäisiin samanaikaisesti sekä 70 GHz: n että 80 GHz: n taajuuksilla. Tämän seurauksena Wireless Excellence -tuotteet eivät ole alttiita mahdollisille käyttöönottorajoituksille tähtitieteellisten kohteiden tai sotilaallisten laitteistojen lähellä Euroopassa, jossa armeija käyttää 80 GHz: n taajuusalueen osia sotilaalliseen viestintään. Järjestelmät on helppo ottaa käyttöön, ja 48 voltin tasavirran (Vdc) pienjännitesyötön vuoksi järjestelmän asentamiseen ei tarvita sertifioitua sähköasentajaa. Valokuvat Wireless Excellence -tuotteista on esitetty alla olevassa kuvassa 6.

CableFree MMW -linkki käytössä Arabiemiirikunnissa

Kuva 6: CableFree MMW -radiot ovat pienikokoisia ja erittäin integroituja. Kuvassa 60 cm: n antenniversio

Yhteenveto ja päätelmät
Nykypäivän suurikapasiteettisten verkkojen yhteenliitettävyysvaatimusten ratkaisemiseksi on saatavana erittäin luotettavia langattomia ratkaisuja, jotka tarjoavat kuitumaisen suorituskyvyn murto-osalla kuidun laskemisesta tai suuritehoisten kuituliitäntöjen vuokraamisesta. Tämä on tärkeää paitsi suorituskyvyn / kustannusten näkökulmasta myös siksi, että ”Last-Mile” -verkkojen kuituliitännät eivät ole vielä kovin yleisiä ja uusimmat tutkimukset osoittavat, että Yhdysvalloissa vain 13.4% liikerakennuksista, joissa on yli 20 työntekijää on yhteydessä kuituun. Nämä luvut ovat vieläkin pienempiä monissa muissa maissa.

Markkinoilla on useita tekniikoita, jotka voivat tarjota gigabittiyhteyden etäverkkopaikkojen yhdistämiseen. Lisensoidut E-band-ratkaisut taajuusalueella 70/80 GHz ovat erityisen mielenkiintoisia, koska ne tarjoavat korkeimmat kantoaaltoluokan käyttöluvut yhden mailin (1.6 km) ja sitä pidemmillä käyttöetäisyyksillä. Yhdysvalloissa vuoden 2003 merkittävä FCC-päätös on avannut tämän taajuuksien kaupalliseen käyttöön, ja Internet-pohjainen edullisten kevyiden lisensointijärjestelmien avulla käyttäjät voivat saada käyttöluvan muutamassa tunnissa. Muut maat joko ovat jo aloittaneet ja / tai avaavat parhaillaan E-taajuuksien taajuuksia kaupalliseen käyttöön. Luvaton 60 GHz: n radiot ja vapaan tilan optiikkajärjestelmät (FSO) voivat myös tarjota gigabitin Ethernet-yhteyden, mutta korkeammilla 99.99… 99.999% kantoaaltoluokan saatavuustasoilla molemmat ratkaisut pystyvät toimimaan vain pienemmillä etäisyyksillä. Yksinkertaisena nyrkkisääntönä ja suurimmalla osalla Yhdysvaltoja 60 GHz: n ratkaisut pystyvät tarjoamaan nämä korkeat saatavuustasot vain, kun niitä käytetään alle 500 metrin etäisyydellä.

Viitteet
● ITU-R P.676-6, ”Vaimennus ilmakehän kaasuilla”, 2005.
● ITU-R P.838-3, "Sateen erityinen vaimennusmalli ennustusmenetelmissä käytettäväksi", 2005.
● ITU-R P.837-4, "Sademäärän mallinnuksen sademäärät", 2003.
● ITU-R P.840-3, "Pilvien ja sumujen aiheuttama vaimennus", 1999.

Lisätietoja E-kaistan millimetrin aallosta

Lisätietoja E-Band MMW: stä, ole hyvä Ota yhteyttä

Jätä viesti 

viestiluettelo