oliver meffert, sales manager · 2016-03-16 · idu idu leistung p [dbm] 40 20 - 20 - 40 - 60 - 80...

Richtfunksysteme mit adaptiver Modulation

Rüsselsheim, 16.11.2007

Oliver Meffert, Sales Manager

2 Ceragon Networks proprietary and confidential

Planung

Systemtechnik

GrundlagenTeilnehmer-Endeinrichtung

Zentralstation

26 GHz

Punkt zu Punkt

Punkt zu Mehrpunkt

Agenda


GrundlagenTeilnehmer-Endeinrichtung

Zentralstation

26 GHz

Punkt zu Punkt

Punkt zu Mehrpunkt

• Begriffe

• Mikrowellen-Systeme

• Datenraten

• Modulationsverfahren

• Dienste

Agenda


Überblick Richtfunksysteme

Mikrowelle Optisch

PtP PMP

PDH SDH

Datenrate/Kanalbandbreite

Grundlagen: Begriffe


Punkt-zu-Punkt Richtfunk (PtP)

• drahtlose Nachrichtenübertragung

• geradlinige Wellenausbreitung

• stark bündelnde Antennen

• Sichtverbindung

• größere Entfernungen durch hops

Grundlagen: Begriff PTP


Grundsätzlicher Aufbau PtP

• Indoor-Unit (IDU)

• Outdoor-Unit (ODU)

• Koaxialkabel

Grundlagen: Systemaufbau


Plesiochrone digitale Hierarchie (PDH)

Hierarchie-stufe

Bitrate Kbit/s

Anzahl der 64 Kbit/s Kanäle

4 139.264 1920

3 34.368 480 2 8448 120 1 2048 30

.

.

.

E0

E1

E2

E3

E4

1

3064 kbps

2 Mbps

8 Mbps

34 Mbps

.

.

.

1

24

DS0

DS1

DS2

DS3

56 kbps1.5 Mbps

6.2 Mbps

45 Mbps

140 Mbps

Grundlagen: Datenraten


Synchrone digitale Hierarchie (SDH)

STM-1

AU3

C-2

C-3

C-4

TU-12 C-12

TU-11 C-11

AU4 VC-4

VC-3

TU-2 VC-2

VC-12

VC-11

x3

1 x

x7

x1

x3

x4

140 Mbit/s

45 Mbit/soder

34 Mbit/s

6 Mbit/s

2 Mbit/s

1,5 Mbit/s

AU = Administrative UnitAUG = Administrative Unit GroupC = ContainerSTM = Synchronous Transport ModuleTU = Tributary UnitTUG = Tributary Unit GroupVC = Virtual Container

AUGxN x1

TUG-2

TUG-3 TU-3 VC-3x1

x7

STM-16

STM-4 STM-4 STM-4 STM-4

STM-1 STM-1 STM-1 STM-1

Grundlagen:Datenraten


Grundlagen: Datenraten

Internet Protokoll (IP)


Grundlagen: Modulation

Modulation bedeutet das Aufbringen eines Nutzsignals auf das Trägersignal.

Modulationsverfahren:FM: FrequenzmodulationAM: AmplitudenmodulationPSK: Phase Shift Key => PhasenmodulationQAM: Quadratur Amplitudenmodulation

Eine Abtastung eines digitalen Wertes nennt man ein Symbol.



QPSK: 2 bit/Hz



QPSKQuadraturPhaseShiftKey

225°

QAM16QuadraturAmplitudenModulation

4 Phasen

3 Amplituden

12 Phasen

135° 45°

315°



Bei einer Abtastung/s beinhaltet das Symbol bei

BPSK 1 BitQPSK 2 BitQAM 8 3 BitQAM 16 4 BitQAM 32 5 BitQAM 64 6 BitQAM 128 7 BitQAM 256 8 Bit



Da die Abtastung/s der Kanalbandbreite entspricht folgt: QAM128 & 28MHz Kanalbandbreite

7 Bit x 28.000.000 Abtastungen/sÜbertragungsbandbreite= 196.000.000 Bit/s

Übertragungsbandbreite = 186 MBit/s


Grundlagen: Kanalbandbreite

Wird die Kanalbandbreite verdoppelt,dann erhöht sich dieÜbertragungsbandbreite.

128 QAM x 56 MHz

7 Bit x 56.000.000= 392.000.000 Bit/s

= 376 MBit/s



Die Erhöhung der Modulation ziehteine Erhöhung des

minimalen Empfangspegel

nach sich, da sich die Abständeder Symbole immer weiter verkleinern.


• Sprache

• Daten

• all IP networking

Grundlagen: Dienste


Planung

• Ausbreitung im Funkfeld

• Link-Budget

• Antennengewinn

• Dämpfung

• Schwundreserve

• Frequenzkoordinierung

Agenda


Schattenbildung

Reflektion

Beugung

Brechung

Medium 1

Medium 2

Streuung

Tröpfchen

Streuung

Tröpfchen

Streuung

Tröpfchen

Streuung

Tröpfchen

Planung: Ausbreitung


42λ•≈ Rdmit R>>λ:

Beispiel:R=20 km, f=26 GHz -> r = 8mR=10 km, f=26 GHz -> r = 5mR=20 km, f=38 GHz -> r = 6mR=10 km, f=38 GHz -> r = 4m

direkter Strahl

Strahl über 1. Fresnelzone

2. Fresnelzone

R = Abstand der Standorte

d = Durchmesser der Fresnelzone

Wellenlänge = λ

Standort BStandort A

Reflektionspunkt

1. Fresnelzoner

[ ] [ ][ ]r

Rf

mKmGHz

= •8 67,oderd R2 4 4

2

=•

+ ⎛⎝⎜⎞⎠÷

λ λ



Planung: Linklänge

Aus den Vorgaben derBundesnetzagentur lässtsich die voraussichtlichzu genehmigende Frequenzin Abhängigkeit der Entfernungermitteln.

Beispiel 60 km

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

Funkfeldlänge

0 0

IDUIDU

Leistung P[dBm]

40

20

- 20

- 40

- 60

- 80

SchwundreserveminimalerEmpfangspegel

IDU

ODUODU

SendeleistungPout

Antennen-Gewinn Gt

Freiraumdämpfunga0

Antennen-Gewinn Gr

EmpfangspegelPin


Planung: Antennengewinn

i = isotrop

Der Gewinn einerRichtantenne entstehtaus der Bündelung derabzugebenen Energieim Verhältnis zu einerisotropen Antenne.

Die isotrope Antennegibt die Energie in alleDimensionen gleich ab.


Planung: Antennengewinn

Daten zu Antennengewinn Gt und Gr


Planung: Sendeleistung

Daten zu Sendeleistung Pout


Planung: Freiraumdämpfung

Freiraumdämpfung in dB:

Entfernung R in kmWellenlänge λ in mmFrequenz f in GHz

aR

0

204

120=• •⎛

⎝⎜

⎞

⎠÷ −lg

π

λ

( ) 45,92lg200

+•= fRa

Standort BStandort A


Planung: Freiraumdämpfung

Beispiel a0 bei 60 km Entfernung und einer Frequenz von 7,5 GHz

a0 = 20 x lg ( R x f ) + 92,45a0 = 20 x lg ( 60 x 7,5 ) + 92,45a0 = 20 x lg ( 450 ) + 92,45a0 = 20 x 2,65 + 92,45a0 = 53,06 + 92,45

a0 = 145,51 dB


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


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


Regenzonen

Planung: Regendämpfung


Planung: Regendämpfung

Sehr starker Regen150 mm/h

Starker Regen25 mm/h

Sprühregen0,25 mm/h

23GHz 38GHz


direkter Strahl

direkter Strahl

direkter Strahl

Reflexionsstelle


Planung: Mehrwege-Ausbreitung


Planung: Space Diversity

TxRx

TxRx

RxRx

Direct

Direct

ReflectReflect

Direktes und reflektiertes Signal habenunterschiedliche Phasenlage

Selektives Fading abhängig von Zeit, Frequenz und Raum

100dB/s, 300MHz/s


+Notch an Diversity Antenne

Notch an Hauptantenne

Kombiniertes Signal =

Planung: Space Diversity


Planung: Tools


Planung: Link ohne Space Diversity

entspricht 36,3 min Ausfallzeit im Jahr


Planung: Link mit Space Diversity

entspricht 25,94 sek Ausfallzeit im Jahr


Planung: Geländeschnitt

Pathloss


• Strecken:bis 1996

Planung: Frequenzkoordinierung


• Strecken:bis 2000

• 12/2004:61.000

Planung: Frequenzkoordinierung


Planung: Typische Funkfeldlängen

Frequenzband GHz

FrequenzbereichMHz

Typ. Funkfeldlängekm

ÜbertragungsratenMBit/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


Planung: Effizienz


• IP-Richtfunk

• Native Ethernet

• Adaptive Modulation

• QoS im Richtfunksystem

• Multi Radio Support

Agenda

Systemtechnik


Systemtechnik: Ceragon FibeAir IP-MAX

Native Ethernet

Höchster Datendurchsatz derzeit im MarktVon 50 Mbit/s bis zu 400 Mbit/s über einen TrägerBis zu 800 Mbit/s (full duplex) über 2 Träger (XPIC)

Mix aus TDM (PDH) und IP Übertragung möglichEinsatz im Access-BereichEinsatz im Backbone-Bereich

Die “schnellste” RichtfunkverbindungDie “schnellste” Richtfunkverbindung


50/100 Mbit/s (FE)

150-200 Mbit/s (2 FE)

400 Mbit/s (GbE)

800 Mbit/s (GbE)

GbE oder nxFE Lösung50 - 800 Mbit/s Full Duplex1+0, 2+0 & 1+1 Hot Stand-By (HSB)weniger als 50 ms UmschaltzeitOst/West-KonfigurationUnterbrechungsfreiesUmschaltenDoppelte Kapazität durchEinsatz von XPIC-Technologie

Einfache Migration zu höheren Datenraten Einfache Migration zu höheren Datenraten

IP-MAX

Systemtechnik: IP-Richtfunk


Systemtechnik: Native Ethernet

Native Ethernet Plattformohne Mapping von Ethernet Packeten über SDH/SONET oder PDH

Höchster DurchsatzGeringste Latenzzeit (< 0.15 msec fürGbE@400 Mbps)Geeignet für VoIPTransparent gegenüber MAC Adressen

IP-MAX

Native (Legacy)PDH

Native Ethernet


256 QAM 128 QAM 64 QAM 32 QAM

256 QAM

16 QAM QPSK

Zeit

100 bis 400 Mbit/s @ 56 MHz 50 to 200 Mbit/s @ 28 MHz

Datenrate

Pro Träger:

Voice & real time

services

Non-real time

services 6-stufiges unterbrechungsfreies Umschalten

Systemtechnik: Adaptive Modulation


16 QAM

QPSK

99.995 %

200

Unavailability

Rxlevel

Datenrate( @ 28 MHz )

32 QAM

64 QAM

128 QAM

256 QAM

99.999 %

99.99 %

99.95 %

99.9 %

Mbit/s170 200 140 100 200 120 200

Systemtechnik: Adaptive Modulatio


Systemtechnik: Adaptive Modulation

Einstellungen konfigurierbar: Adaptive oder feste ModulationMaximal- und Minimalwert einstellbar


Systemtechnik: QoSVier QueuesHöchste Priorität für BPDU PacketeKlassifizierung der Daten nach:

External header VLAN 802.1pTOS / TC - IP precedence MPLS exp field VLAN IDUDP packetsShort packets

Übertragung abhängig von:Strickte PrioritätConfigurable Hierarchical Weighted Round Robin (16 – 1 weights)Oder Mix aus beiden Varianten


Systemtechnik: Multi Radio Support

2+0 IP-Richtfunksystem (XPIC)

800 Mbit/s auf 1 x GE

1+1 HSB für 8 x E1

Line protection


Systemtechnik: Multi Radio Support

Multi Radio & Adaptive ModulationUnabhängig für jeden Träger Maximale Spektrumseffizienz

Aufteilung der Daten auf die TrägerUnabhängig von der “Link Aggregation”Unabhängig von der momentanen Übertragungsrate

GbE8E1 8E1 GbE

v

h


Ceragon: Weltweite Präsenz

180+ Kunden in 80+ Ländern180+ Kunden in 80+ Ländern


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)

Richtfunk verbindet……Herzlichen Dank

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