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
3 Ceragon Networks proprietary and confidential
GrundlagenTeilnehmer-Endeinrichtung
Zentralstation
26 GHz
Punkt zu Punkt
Punkt zu Mehrpunkt
• Begriffe
• Mikrowellen-Systeme
• Datenraten
• Modulationsverfahren
• Dienste
Agenda
4 Ceragon Networks proprietary and confidential
Überblick Richtfunksysteme
Mikrowelle Optisch
PtP PMP
PDH SDH
Datenrate/Kanalbandbreite
Grundlagen: Begriffe
5 Ceragon Networks proprietary and confidential
Punkt-zu-Punkt Richtfunk (PtP)
• drahtlose Nachrichtenübertragung
• geradlinige Wellenausbreitung
• stark bündelnde Antennen
• Sichtverbindung
• größere Entfernungen durch hops
Grundlagen: Begriff PTP
6 Ceragon Networks proprietary and confidential
Grundsätzlicher Aufbau PtP
• Indoor-Unit (IDU)
• Outdoor-Unit (ODU)
• Koaxialkabel
Grundlagen: Systemaufbau
7 Ceragon Networks proprietary and confidential
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
8 Ceragon Networks proprietary and confidential
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
9 Ceragon Networks proprietary and confidential
Grundlagen: Datenraten
Internet Protokoll (IP)
10 Ceragon Networks proprietary and confidential
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.
11 Ceragon Networks proprietary and confidential
Grundlagen: Modulation
QPSK: 2 bit/Hz
12 Ceragon Networks proprietary and confidential
Grundlagen: Modulation
QPSKQuadraturPhaseShiftKey
225°
QAM16QuadraturAmplitudenModulation
4 Phasen
3 Amplituden
12 Phasen
135° 45°
315°
13 Ceragon Networks proprietary and confidential
Grundlagen: Modulation
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
14 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/sÜbertragungsbandbreite= 196.000.000 Bit/s
Übertragungsbandbreite = 186 MBit/s
15 Ceragon Networks proprietary and confidential
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
16 Ceragon Networks proprietary and confidential
Grundlagen: Modulation
Die Erhöhung der Modulation ziehteine Erhöhung des
minimalen Empfangspegel
nach sich, da sich die Abständeder Symbole immer weiter verkleinern.
17 Ceragon Networks proprietary and confidential
Grundlagen: Modulation
18 Ceragon Networks proprietary and confidential
Grundlagen: Modulation
19 Ceragon Networks proprietary and confidential
• Sprache
• Daten
• all IP networking
Grundlagen: Dienste
20 Ceragon Networks proprietary and confidential
Planung
• Ausbreitung im Funkfeld
• Link-Budget
• Antennengewinn
• Dämpfung
• Schwundreserve
• Frequenzkoordinierung
Agenda
21 Ceragon Networks proprietary and confidential
Schattenbildung
Reflektion
Beugung
Brechung
Medium 1
Medium 2
Streuung
Tröpfchen
Streuung
Tröpfchen
Streuung
Tröpfchen
Streuung
Tröpfchen
Planung: Ausbreitung
22 Ceragon Networks proprietary and confidential
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: Ausbreitung
23 Ceragon Networks proprietary and confidential
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
24 Ceragon Networks proprietary and confidential
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
25 Ceragon Networks proprietary and confidential
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.
26 Ceragon Networks proprietary and confidential
Planung: Antennengewinn
Daten zu Antennengewinn Gt und Gr
27 Ceragon Networks proprietary and confidential
Planung: Sendeleistung
Daten zu Sendeleistung Pout
28 Ceragon Networks proprietary and confidential
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
29 Ceragon Networks proprietary and confidential
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
30 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
31 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
32 Ceragon Networks proprietary and confidential
Regenzonen
Planung: Regendämpfung
33 Ceragon Networks proprietary and confidential
Planung: Regendämpfung
Sehr starker Regen150 mm/h
Starker Regen25 mm/h
Sprühregen0,25 mm/h
23GHz 38GHz
34 Ceragon Networks proprietary and confidential
direkter Strahl
direkter Strahl
direkter Strahl
Reflexionsstelle
Planung: Ausbreitung
Planung: Mehrwege-Ausbreitung
35 Ceragon Networks proprietary and confidential
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
36 Ceragon Networks proprietary and confidential
+Notch an Diversity Antenne
Notch an Hauptantenne
Kombiniertes Signal =
Planung: Space Diversity
37 Ceragon Networks proprietary and confidential
Planung: Tools
38 Ceragon Networks proprietary and confidential
Planung: Link ohne Space Diversity
entspricht 36,3 min Ausfallzeit im Jahr
39 Ceragon Networks proprietary and confidential
Planung: Link mit Space Diversity
entspricht 25,94 sek Ausfallzeit im Jahr
40 Ceragon Networks proprietary and confidential
Planung: Geländeschnitt
Pathloss
41 Ceragon Networks proprietary and confidential
• Strecken:bis 1996
Planung: Frequenzkoordinierung
42 Ceragon Networks proprietary and confidential
• Strecken:bis 2000
• 12/2004:61.000
Planung: Frequenzkoordinierung
43 Ceragon Networks proprietary and confidential
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
44 Ceragon Networks proprietary and confidential
Planung: Effizienz
45 Ceragon Networks proprietary and confidential
• IP-Richtfunk
• Native Ethernet
• Adaptive Modulation
• QoS im Richtfunksystem
• Multi Radio Support
Agenda
Systemtechnik
46 Ceragon Networks proprietary and confidential
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
47 Ceragon Networks proprietary and confidential
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
48 Ceragon Networks proprietary and confidential
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
49 Ceragon Networks proprietary and confidential
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
50 Ceragon Networks proprietary and confidential
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
51 Ceragon Networks proprietary and confidential
Systemtechnik: Adaptive Modulation
Einstellungen konfigurierbar: Adaptive oder feste ModulationMaximal- und Minimalwert einstellbar
52 Ceragon Networks proprietary and confidential
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
53 Ceragon Networks proprietary and confidential
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
54 Ceragon Networks proprietary and confidential
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
55 Ceragon Networks proprietary and confidential
Ceragon: Weltweite Präsenz
180+ Kunden in 80+ Ländern180+ Kunden in 80+ Ländern
56 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)
Richtfunk verbindet……Herzlichen Dank