טכנולוגיית גל מילימטר ללהקה

מבוא לטכנולוגיית גל מילימטר עבור E-Band ו- V-Band

סיכום MMW

גל מילימטר (MMW) היא טכנולוגיה לקישורים אלחוטיים בקיבולת גבוהה במהירות גבוהה (10Gbps, 10 ג'יגה לשנייה), אידיאלית לאזורים עירוניים. שימוש במיקרוגל בתדרים גבוהים בספקטרום ה- E-Band (70-80GHz) ובספקטרום 58GHZ ל- 60GHz (V-Band), ניתן לפרוס קישורים בצפיפות בערים צפופות ללא הפרעה, וללא צורך בחפירת כבלים וסיבים אופטיים, שניתן לבצע יקר, איטי ומשבש מאוד. לעומת זאת, ניתן לפרוס קישורי MMW תוך שעות, ולהעביר ולהשתמש בהם מחדש באתרים שונים עם התפתחות דרישות הרשת.

CableFree MMW Millimeter Wave Link מותקן באיחוד האמירויות הערביות

היסטוריה של MMW

בשנת 2003, ועדת התקשורת הפדרלית בצפון אמריקה (FCC) פתחה כמה פסי גל-מילימטרים בתדירות גבוהה (MMW), כלומר בטווחי 70, 80 ו -90 ג'יגה הרץ (GHz) לשימוש מסחרי וציבורי. בגלל הכמות העצומה של הספקטרום (בערך 13 ג'יגה הרץ) הזמינה ברצועות אלה, מכשירי רדיו של מילימטר הפכו במהרה לפתרון הרדיו הנקודתי לנקודה (נקודה לנקודה) בשוק. מוצרי שידור רדיו המציעים קצב נתונים של דופלקס מלא עד 1.25 ג'יגה-סיביות לשנייה, ברמות זמינות של מחלקת הספקים של 99.999%, ומרחק מרחקים קרוב למייל אחד ומעלה זמינים כיום. בשל תמחור חסכוני, מכשירי רדיו של MMW יכולים להפוך מודלים עסקיים עבור ספקי אחסון ניידים וקישוריות גישה של המטרו / הארגון "Last-Mile".

רקע רגולטורי
פתיחת 13 גיגה-הרץ של ספקטרום שלא נעשה בו שימוש בעבר בתחומי התדרים 71 ... 76 גיגה-הרץ, 81 ... 86 גיגה-הרץ ו -92 ... 95 גיגה-הרץ, לשימוש מסחרי, ושירותים אלחוטיים קבועים בצפיפות גבוהה בארצות הברית נחשבים כאל פסיקת דרך בוועדת התקשורת הפדרלית (FCC). מנקודת מבט טכנולוגית פסיקה זו אפשרה לראשונה, מהירות קו מלאה ותקשורת אלחוטית במהירות גבוהה של ג'יגה ביט על פני מרחקים של מייל אחד או יותר ברמות זמינות ברמת הספק. בעת פתיחת הספקטרום לשימוש מסחרי, יו"ר ה- FCC, מייקל פאוול, בישר את פסק הדין כפתח "גבול חדש" בשירותים ומוצרים מסחריים לעם האמריקני. מאז נפתחו שווקים חדשים להחלפת או הרחבת סיבים, רשתות גישה "Last-Mile" אלחוטיות מנקודה לנקודה וגישה לאינטרנט בפס רחב בקצב נתוני ג'יגה ביט ומחוצה לה.

לא ניתן להפריז במשמעותם של הקצאות 70 GHz, 80 GHz ו- 90 GHz. שלוש ההקצאות הללו, המכונות ביחד בשם E-band, מהוות את כמות הספקטרום הגדולה ביותר שאי פעם שוחררה על ידי ה- FCC לשימוש מסחרי מורשה. יחד, 13 GHz הספקטרום מגדיל את כמות רצועות התדרים שאושרו על ידי FCC ב -20% ורצועות אלה יחד מייצגות פי 50 מרוחב הפס של כל הספקטרום הסלולרי. עם רוחב פס כולל של 5 ג'יגה הרץ זמין ב -70 ג'יגה-הרץ ו -80 ג'יגה-הרץ בהתאמה, ו -3 ג'יגה-הרץ ב -90 ג'יגה-הרץ, ניתן להתאים בקלות את ג'יגה-ביט אתרנט וקצב נתונים גבוה יותר עם ארכיטקטורות רדיו פשוטות יחסית וללא תוכניות אפנון מורכבות. עם מאפייני התפשטות גרועים רק במעט מלהקות המיקרוגל שנמצאות בשימוש נרחב ומאפייני מזג אוויר מאופיינים היטב המאפשרים הבעה של דהיית גשם, ניתן לממש בבטחה מרחקי קישור של כמה קילומטרים.

פסק הדין של FCC הניח גם את הבסיס לתוכנית רישוי מבוססת אינטרנט חדשה. תכנית רישוי מקוונת זו מאפשרת רישום מהיר של קישור רדיו ומספקת הגנה על תדרים בעלות חד פעמית נמוכה של כמה מאות דולרים. מדינות רבות אחרות ברחבי העולם פותחות בימים אלה את ספקטרום ה- MMW לשימוש ציבורי ומסחרי, בעקבות פסיקת הציון של FCC. במסגרת מאמר זה ננסה להסביר את המשמעות של הלהקות 70 ג'יגה הרץ, 80 ג'יגה הרץ ו 90 ג'יגה הרץ, ולהראות כיצד הקצאות תדרים חדשות אלה עשויות לעצב מחדש העברת קצב נתונים גבוהה ומודלים עסקיים נלווים.

שוקי יישומים ויישומים לקישוריות גישה בקיבולת גבוהה "Last-Mile"
בארצות הברית לבדה ישנם כ- 750,000 בניינים מסחריים המעסיקים 20 עובדים ומעלה. בסביבות עסקיות המחוברות לאינטרנט כיום, רוב הבניינים הללו זקוקים לקישוריות גבוהה לאינטרנט. אמנם בהחלט נכון שעסקים רבים מרוצים כרגע ממהירות T1 / E1 נמוכה יותר ב- 1.54 Mbps או 2.048 Mbps בהתאמה, או בכל צורה אחרת של חיבור DSL במהירות איטית יותר, אך מספר גדל והולך של עסקים דורש או דורש DS- קישוריות של 3 (45 Mbps) או חיבורי סיבים במהירות גבוהה יותר. עם זאת, וכאן מתחילות הבעיות, על פי מחקר שנערך לאחרונה על ידי קבוצת Vertical Systems Group, רק 13.4% מהבניינים המסחריים בארצות הברית מחוברים לרשת סיבים. במילים אחרות, ל -86.6% מהבניין הזה אין חיבור לסיבים, ודיירי הבניין מסתמכים על חכירת מעגלי נחושת קווייים איטיים יותר מספקי הטלפוניה המכהנים או החלופיים (ILECs או CLEC). עלויות כאלה עבור חיבור נחושת קווי מהיר יותר כמו חיבור DS-45 3 מגה לשנייה, יכולות להגיע בקלות ל -3,000 דולר לחודש ומעלה.

מחקר מעניין נוסף שערכה סיסקו בשנת 2003 העלה כי 75% מבנייני המסחר בארה"ב שאינם מחוברים לסיבים נמצאים במרחק של קילומטר אחד מחיבור סיבים. עם זאת, למרות הביקוש הגובר להעברת קיבולת גבוהה לבניינים אלה, לעתים קרובות העלות הכרוכה בהנחת סיבים אינה מאפשרת "לסגור את צוואר בקבוק ההולכה". לדוגמא, עלויות הנחת סיבים בערי המטרופולין הגדולות בארה"ב יכולות להסתכם ב -250,000 דולר לקילומטר, וברבות מהערים הגדולות בארה"ב יש אפילו הקפאה על הנחת סיבים חדשים בגלל שיבושי התנועה המסיביים. נתוני קישוריות של סיבים לבניינים מסחריים בערים רבות באירופה גרועים בהרבה וכמה מחקרים מצביעים על כך שרק כ -1% מהבניינים המסחריים קשורים לסיבים.

אנליסטים רבים בתעשייה מסכימים כי קיים שוק גדול ובלתי מוגבל כיום עבור קישוריות גישה אלחוטיות "Last Mile" לטווח קצר, בתנאי שהטכנולוגיה הבסיסית מאפשרת רמות זמינות ברמת הספק. מערכות רדיו MMW מתאימות לחלוטין למילוי דרישות טכניות אלה. בנוסף, מערכות MMW בעלות קיבולת גבוהה ומוצרי מסחר ירדו באופן דרסטי בתמחור בשנתיים האחרונות. בהשוואה להנחת סיב של מייל אחד בלבד במטרופולין גדול בארה"ב או בעיר אירופית, השימוש ברדיו MMW בעל יכולת Gigabit Ethernet יכול לרדת עד 10% מעלות הסיבים. מבנה תמחור זה הופך את כלכלת קישוריות ג'יגה ביט לאטרקטיבית מכיוון שפריסת ההון הנדרשת ותקופת ההחזר על ההשקעה (ROI) מתקצרת באופן דרסטי. כתוצאה מכך, ניתן להגיש כעת יישומי קצב נתונים גבוהים רבים שלא היו יכולים להיות מוגנים כלכלית בעבר בשל עלויות התשתית הגבוהות של תעלות תעלות, והם ניתנים לביצוע כלכלית בעת שימוש בטכנולוגיית רדיו MMW. בין היישומים הללו ניתן למנות:
● הרחבות והחלפות סיבים של CLEC ו- ILEC
● סגירת טבעת אחורית של Metro Ethernet וסגירת סיבים
● הרחבות LAN אלחוטיות בקמפוס
● גיבוי סיבים ומגוון נתיבים ברשתות הקמפוס
● התאוששות מאסון
● קישוריות SAN עם קיבולת גבוהה
● יתירות, ניידות וביטחון לביטחון פנים ולצבא
● שיפוץ 3G סלולרי ו / או WIFI / WiMAX ברשתות עירוניות צפופות
● קישורים ניידים וזמניים להעברת וידאו בחדות גבוהה או HDTV

מדוע להשתמש בטכנולוגיית MMW של E-Band?

מבין שלוש רצועות התדרים שנפתחו, הלהקות 70 ג'יגה הרץ ו -80 ג'יגה הרץ משכו את העניין ביותר על ידי יצרני הציוד. הקצאות 71 ... 76 ג'יגה הרץ ו -81 ... 86 גיגה-הרץ, שתוכננו להתקיים במקביל, מאפשרות 5 גיגה-הרץ של רוחב פס של דופלקס מלא; מספיק כדי לשדר בקלות אות ג'יגה-ביט אתרנט מלא (דופלקס) (GbE) אפילו עם תוכניות האפנון הפשוטות ביותר. העיצוב המתקדם האלחוטי המתקדם אף הצליח להשתמש בלהקה התחתונה של 5 ג'יגה הרץ, החל מ- 71 ... 76 ג'יגה הרץ בלבד, להעברת אות GbE דופלקס מלא. בהמשך, יתרון ברור מוצג בשימוש בגישה זו בכל הנוגע לפריסת טכנולוגיית MMW בקרבת אתרים אסטרונומיים ובמדינות מחוץ לארה"ב עם המרת נתונים ישירים (OOK) ודיפלקסרים בעלות נמוכה, פשוטים יחסית ובכך חסכוניים. וניתן להשיג ארכיטקטורות רדיו אמינות גבוהות. עם קודי אפנון יעילים יותר מבחינה ספקטרלית, ניתן להגיע לשידור דופלקס מלא גבוה עוד יותר ב -10 Gbps (10GigE) עד 40 Gbps.

הקצאה של 92 ... 95 ג'יגה הרץ קשה הרבה יותר לעבוד איתה מכיוון שחלק זה של הספקטרום מחולק לשני חלקים לא שווים המופרדים על ידי פס הכללה צר של 100 מגה-הרץ בין 94.0 ... 94.1 גיגה-הרץ. ניתן להניח כי חלק זה של הספקטרום ישתמש ככל הנראה ליישומים פנימיים בעלי קיבולת גבוהה יותר וטווח קצר יותר. הקצאה זו לא תידון בהמשך בספר לבן זה.

בתנאי מזג אוויר ברורים, מרחקי השידור ב -70 ג'יגה-הרץ ו -80 ג'יגה הרץ חורגים מיילים רבים עקב ערכי הנחתה אטמוספריים נמוכים. עם זאת, איור 1 מראה שגם בתנאים אלה ההאטה האטמוספרית משתנה באופן משמעותי בתדירות [1]. בתדרים מיקרוגל קונבנציונליים נמוכים יותר ועד לכמעט 38 ג'יגה הרץ, הנחתה אטמוספרית נמוכה למדי עם ערכי הנחתה של כמה עשיריות דציבל לקילומטר (dB / km). בסביבות 60 ג'יגה הרץ ספיגה על ידי מולקולות חמצן גורמת לעלייה גדולה בשיכוך. עלייה גדולה זו של ספיגת חמצן מגבילה ברצינות את מרחקי שידור הרדיו של מוצרי רדיו של 60 ג'יגה הרץ. עם זאת, מעבר לשיא ספיגת החמצן של 60 ג'יגה הרץ נפתח חלון הנחתה רחב יותר בו הנחתה צונחת לערכים סביב 0.5 dB / km. חלון זה של הנחתה נמוכה מכונה בדרך כלל פס אלקטרוני. ערכי הנחתת הלהקה האלקטרונית קרובים להחלשה שחווים מכשירי הקשר המיקרוגל הנפוצים. מעל 100 ג'יגה הרץ, ההאטה האטמוספרית בדרך כלל גדלה ובנוסף ישנם רצועות ספיגה מולקולריות רבות הנגרמות על ידי ספיגת O2 ו- H2O בתדרים גבוהים יותר. לסיכום, חלון הנחתה אטמוספרי נמוך יחסית בין 70 ג'יגה-הרץ ל -100 ג'יגה הרץ הוא שהופך את תדרי הלהקה האטרקטיבית לאטרקטיבית להעברה אלחוטית בקיבולת גבוהה. איור 1 מראה גם כיצד גשם וערפל משפיעים על הנחתה במיקרוגל, גל מילימטרים ופסים אינפרא-אדומים שמתחילים בסביבות 200 טרהרץ (THz) ומשמשים במערכות שידור FSO. בשיעורי גשמים שונים וספציפיים ערכי הנחתה משתנים מעט, עם תדרי שידור הולכים וגדלים. הקשר בין שיעורי הגשמים למרחקי ההעברה ייבחן עוד בסעיף הבא. בעצם ניתן להזניח הנחתה הקשורה לערפל בתדרי גל מילימטר, ועולה בכמה סדרי גודל בין גל המילימטר לרצועת השידור האופטית: הסיבה העיקרית לכך שמערכות FSO למרחקים ארוכים יותר מפסיקות לעבוד בתנאים ערפיליים.

מרחקי שידור ללהקה אלקטרונית
כמו בכל התפשטות הרדיו בתדרים גבוהים, הנחתת הגשם בדרך כלל קובעת את המגבלות המעשיות על מרחקי השידור. איור 2 מראה שמערכות רדיו הפועלות בתחום תדרי הלהקה E יכולות לחוות הנחתה גדולה בהתחשב בנוכחות גשם [2]. למרבה המזל, הגשם העז ביותר נוטה לרדת בחלקים מוגבלים של העולם; בעיקר המדינות הסובטרופיות והמשווניות. בתקופות שיא ניתן להבחין בשיעורי גשמים של יותר משבעה סנטימטרים לשעה (180 מ"מ לשעה) לפרקי זמן קצרים. בארצות הברית ובאירופה, שיעורי הגשמים המקסימליים שחווים הם בדרך כלל פחות מארבעה סנטימטרים לשעה (100 מ"מ לשעה). קצב גשמים כזה גורם להחלשות איתות של 30 dB / ק"מ, ובדרך כלל מתרחש רק במהלך פרצי ענן קצרים. פרצי ענן אלה הם אירועי גשם המופיעים באזורים קטנים יחסית ומקומיים ובתוך ענן גשם בקוטר גדול יותר בעוצמה נמוכה יותר. מכיוון שפרצי ענן קשורים בדרך כלל גם לאירועי מזג אוויר קשים שעוברים במהירות על פני הקישור, הפסקות בגשם נוטות להיות קצרות ובעייתיות רק בקישורי העברה למרחקים ארוכים יותר.

מילימטר גל וגשם רצועת V- הלהקה E

ITU אזורי גשם רצועת וי-גל גליל מילימטר גל גלובלית

איגוד הטלקומוניקציה הבינלאומי (ITU) וארגוני מחקר אחרים אספו נתוני גשמים של עשרות שנים מכל רחבי העולם. באופן כללי מובנים היטב מאפייני הגשמים והקשרים בין קצב הגשמים, משך הגשם הסטטיסטי, גודל הגשם וכו '[3] ועל ידי שימוש במידע זה ניתן להנדס קישורי רדיו כדי להתגבר על אירועי מזג האוויר הגרועים ביותר או לחזות. משך זמן ההפסקות הקשורות למזג האוויר בקישורי רדיו למרחקים ארוכים יותר הפועלים בתדרים ספציפיים. תוכנית סיווג אזורי הגשם של ITU מציגה את שיעורי הגשמים הסטטיסטיים הצפויים בסדר אלפביתי. בעוד שאזורים שחווים הכי פחות גשמים מסווגים כ"אזור A ", שיעורי הגשמים הגבוהים ביותר הם ב"אזור ש '". מפת אזורי הגשם העולמית של ITU ורישום שיעורי הגשמים באזורים ספציפיים בעולם מוצגים באיור 3 להלן.

 MMW Rain Fade Map עבור V-band של ארה"ב

איור 3: סיווג אזורי הגשם של ITU של אזורים שונים ברחבי העולם (למעלה) ושיעורי הגשמים הסטטיסטיים בפועל כפונקציה של משך אירוע הגשם

איור 4 מציג מפה מפורטת יותר עבור צפון אמריקה ואוסטרליה. כדאי להזכיר שכ- 80% משטחה של ארצות הברית היבשתית נופל לאזור גשם K ומטה. במילים אחרות, כדי לפעול ברמת זמינות של 99.99%, יש לתכנן את שולי דהיית מערכת הרדיו כך שיעמוד בקצב הגשמים המרבי של 42 מ"מ לשעה. ניתן לראות את שיעורי הגשמים הגבוהים ביותר בצפון אמריקה בפלורידה ולאורך חוף המפרץ, ואזורים אלה מסווגים באזור גשם N. באופן כללי, אוסטרליה חווה פחות גשם מאשר צפון אמריקה. חלקים ענקיים במדינה זו, כולל קו החוף הדרומי המאוכלס יותר, ממוקמים באזורי גשם E ו- F (<28 מ"מ / שעה).

כדי לפשט, על ידי שילוב התוצאות של איור 2 (קצב גשמים לעומת הנחתה) ושימוש בתרשימי הגשמים של ITU המוצגים באיורים 3 ו -4, ניתן לחשב את הזמינות של מערכת רדיו מסוימת הפועלת בחלק מסוים של העולם. . חישובים תיאורטיים המבוססים על נתוני גשמים בארצות הברית, אירופה ואוסטרליה מראים כי ציוד שידור רדיו 70/80 גיגה הרץ יכול להשיג קישוריות GbE ברמת זמינות סטטיסטית של 99.99 ... 99.999% למרחקים קרוב למייל אחד ואף מעבר לכך. לזמינות נמוכה יותר של 99.9%, ניתן להשיג באופן שגרתי מרחקים העולים על 2 מיילים. כאשר מגדירים את הרשת בטופולוגיה טבעתית או רשתית, מרחקים יעילים מכפילים במקרים מסוימים את אותה נתון זמינות בשל האופי הצפוף, המקבץ של תאי גשם כבדים ויתירות הנתיב שמספקת טופולוגיות הטבעת / רשת.

MMW Rain Fade Map אוסטרליה E-Band V_Band

איור 4: סיווג אזורי הגשם של ITU עבור צפון אמריקה ואוסטרליה

יתרון חזק אחד של טכנולוגיית MMW על פני פתרונות אלחוטיים אחרים בעלי קיבולת גבוהה כמו אופטיקה למרחב פנוי (FSO) הוא שתדרי MMW אינם מושפעים מליקויי שידור אחרים כגון ערפל או סופות חול. לערפל סמיך, למשל, עם תכולת מים נוזליים של 0.1 גרם / מ"ק (כ- 3 מ 'ראות) יש רק הנחתה של 50 dB / km במהירות 0.4/70 ג'יגה הרץ [80]. בתנאים אלה, מערכת FSO תחווה הנחתת אות של יותר מ -4 dB / km [250]. ערכי הנחתה קיצוניים אלה מראים מדוע טכנולוגיית FSO יכולה לספק רק נתוני זמינות גבוהים למרחקים קצרים יותר. מערכות רדיו אלקטרוניות אינן מושפעות באופן דומה מאבק, חול, שלג וליקויים אחרים בנתיבי שידור.

טכנולוגיות אלחוטיות אלטרנטיביות עם קצב נתונים גבוה
כחלופות לטכנולוגיה אלחוטית של פס אלקטרוני, יש מספר מוגבל של טכנולוגיות קיימא המסוגלות לתמוך בקישוריות בקצב נתונים גבוה. חלק זה של הנייר הלבן מספק סקירה קצרה.

כבל סיבים אופטיים

כבל סיבים אופטי מציע רוחב פס רחב ביותר של כל טכנולוגיית שידור מעשית, ומאפשר העברת קצב נתונים גבוה מאוד למרחקים ארוכים. למרות שאלפי קילומטרים של סיבים זמינים ברחבי העולם ובמיוחד ברשתות ארוכות טווח ורשתות עירוניות, הגישה של "Last-Mile" נותרה מוגבלת. עקב עלויות קדמיות גבוהות ולעתים קרובות גבוהות מדי, הקשורות לחפירת תעלות והנחת סיבים יבשתיים, וכן לבעיות זכות קדימה, גישה לסיבים יכולה להיות קשה עד בלתי אפשרית. עיכובים ארוכים תכופים גם לא רק בגלל התהליך הפיזי של תעלת סיבים, אלא גם בגלל מכשולים שנגרמים כתוצאה מהשפעות סביבתיות ומכשולים ביורוקרטיים פוטנציאליים הכרוכים בפרויקט כזה. מסיבה זו, ערים רבות ברחבי העולם אוסרות על תעלות סיבים בגלל הפרעה לתנועה בעיר הפנימית והאי הנוחות הכללית שתהליך התעלה גורם לציבור.

פתרונות רדיו למיקרוגל

מכשירי רדיו מיקרוגל קבועים נקודה לנקודה יכולים לתמוך בקצבי נתונים גבוהים יותר, כגון דופלקס מלא 100 Mbps Fast Ethernet או עד 500 Mbps לנשא בטווחי תדרים שבין 4-42 GHz. עם זאת, ברצועות המיקרוגל המסורתיות יותר הספקטרום מוגבל, לרוב ערוצי הספקטרום המוגבלים ורישיון אופייניים צרים מאוד בהשוואה לספקטרום ה- E-Band.

מיקרוגל ומילימטר גל MMW ספקטרום V ופס אלקטרוני

איור 5: השוואה בין מכשירי רדיו למיקרוגל בקצב נתונים גבוה ופתרון רדיו של 70/80 ג'יגה הרץ.

באופן כללי, ערוצי התדרים הזמינים לרישוי הם לרוב לא יותר מ -56 מגה-הרץ (MHz), אך בדרך כלל 30 מגה-הרץ ומטה. בחלק מהלהקות, ערוצים רחבים של 112 מגה הרץ המסוגלים לתמוך ב -880 מגה לשניות לכל מוביל עשויים להיות זמינים, אך רק ברצועות בתדרים גבוהים יותר המתאימים למרחקים קצרים. כתוצאה מכך, מכשירי רדיו הפועלים ברצועות אלה בשיעורי נתונים גבוהים יותר חייבים להשתמש בארכיטקטורות מערכת מורכבות ביותר המשתמשות בתכניות אפנון עד 1024 אפנון משרעת רבע (QAM). מערכות כה מורכבות גורמות למרחקים מוגבלים, והתפוקה עדיין מוגבלת לשיעורי נתונים ל -880 מגה לשניות בערוצים הגדולים ביותר. בשל הכמות המוגבלת של הספקטרום הזמין ברצועות אלו, דפוסי רוחב האנטנה הרחבים יותר, והרגישות של אפנון QAM גבוה כלפי כל סוג של הפרעות, פריסה צפופה יותר של פתרונות מיקרוגל מסורתיים באזורים עירוניים או מטרופולינים היא בעייתית ביותר. השוואת ספקטרום חזותית בין רצועות המיקרוגל המסורתיות לגישת 70/80 GHz מוצגת באיור 5.

פתרונות רדיו גל מילימטר של 60 ג'יגה הרץ (V-Band)
הקצאות תדרים בספקטרום של 60 ג'יגה הרץ, ובמיוחד הקצאות בין 57 ... 66 ג'יגה הרץ, משתנות באופן משמעותי באזורים שונים בעולם. ה- FCC הצפון אמריקאי שחרר בלוק רחב יותר של ספקטרום תדרים בין 57 ... 64 ג'יגה הרץ המספק רוחב פס מספיק להפעלת GbE בדופלקס מלא. מדינות אחרות לא עקבו אחר פסק הדין המסוים הזה, ולמדינות אלה יש רק גישה להקצאות תדרים קטנות הרבה יותר ולעתים קרובות מתועלות בתחום הספקטרום של 60 ג'יגה הרץ. הכמות המוגבלת של הספקטרום הזמין מחוץ לארה"ב אינה מאפשרת בנייה של פתרונות רדיו של 60 ג'יגה הרץ במחירי נתונים גבוהים באירופה, במדינות כמו גרמניה, צרפת ואנגליה, רק אם להזכיר כמה. עם זאת, גם בארה"ב, המגבלה המווסתת בכוח השידור, יחד עם מאפייני התפשטות ירודים יחסית עקב ספיגת אטמוספירה גבוהה על ידי מולקולות חמצן (ראה איור 1), מגבילה את מרחקי הקישור האופייניים לפחות מחצי מייל. כדי להשיג ביצועים ברמת הספק של 99.99 ... 99.999% זמינות מערכת, בחלקים גדולים משטח יבשת ארה"ב, המרחק בדרך כלל מוגבל לקצת יותר מ -500 מטר (500 מטר). FCC סיווג את ספקטרום ה- 60 GHz כספקטרום ללא רישיונות. בניגוד להקצאות בתדר הגבוה של 70/80 ג'יגה הרץ, הפעלת מערכות רדיו של 60 ג'יגה הרץ אינה דורשת אישור או תיאום חוקיים. מצד אחד השימוש בטכנולוגיה ללא רישיון פופולרי מאוד בקרב משתמשי הקצה, אך יחד עם זאת אין הגנה מפני הפרעה, לא מקרית או מכוונת. לסיכום, במיוחד בארה"ב, השימוש בספקטרום של 60 ג'יגה הרץ יכול להוות אלטרנטיבה בת-קיימא לפריסה למרחקים קצרים, אך הטכנולוגיה אינה מהווה אלטרנטיבה אמיתית למרחקי קישורים מעבר ל -500 מטר וכשנדרשת 99.99% 99.999 זמינות מערכת.

אופטיקה בחלל חופשי (FSO, אלחוטי אופטי)
טכנולוגיית אופטי שטח פנוי (FSO) משתמשת בטכנולוגיית לייזר אינפרא אדום כדי להעביר מידע בין מיקומים מרוחקים. הטכנולוגיה מאפשרת העברת קצב נתונים גבוה מאוד של 1. 5 Gbps ומעלה. טכנולוגיית FSO היא בדרך כלל טכנולוגיית שידור מאובטחת מאוד, אינה נוטה מאוד להפרעות בשל מאפייני קרן השידור הצרים ביותר, והיא גם ללא רישיונות ברחבי העולם.

למרבה הצער, העברת האותות ברצועות האופטיות אינפרא אדום מושפעת בצורה דרסטית מערפל, שם קליטת האטמוספירה יכולה לחרוג מ -130 dB / km [5]. באופן כללי, כל סוג של מזג אוויר שמשפיע על הראות בין שני מיקומים (למשל חול, אבק) ישפיע גם על ביצועי מערכת ה- FSO. אירועי ערפל וסופות אבק / חול יכולים להיות מאוד מקומיים וקשים לחיזוי, וכתוצאה מכך, החיזוי לזמינות מערכת ה- FSO קשה יותר. בניגוד לאירועי גשם קיצוניים, שאורכם קצר מאוד, ערפל וסופות אבק / חול יכולות להימשך גם זמן רב מאוד (שעות או אפילו ימים ולא דקות). זה יכול לגרום להפסקות ארוכות במיוחד עבור מערכות FSO הפועלות בתנאים כאלה.

מנקודת מבט מעשית, וכאשר שוקלים מספרים זמינים של 99.99 ... 99.999%, כל האמור לעיל יכול להגביל את טכנולוגיית ה- FSO למרחקים של כמה מאות מטרים בלבד (300 מטר); במיוחד באזורים חופיים או ערפיליים, כמו גם באזורים שחווים סופות חול / אבק. כדי לשמור על קישוריות של 100% בעת פריסת מערכות FSO בסביבות מסוג זה, מומלצת טכנולוגית נתיב חלופית.

רוב המומחים בתעשייה מסכימים שטכנולוגיית FSO יכולה להציע אלטרנטיבה מעניינת וזולה שעלולה לחבר אלחוטי במקומות מרוחקים למרחקים קצרים יותר. עם זאת, הפיזיקה של הנחתת האות בספקטרום האינפרא אדום תמיד תגביל טכנולוגיה זו למרחקים קצרים מאוד.

השוואה קצרה של טכנולוגיות העברת קצב הנתונים הגבוהות הנדונות והזמינות מסחרית ומנהלי הביצועים העיקריים שלהן מוצגת בטבלה 1.

MMW בהשוואה לטכנולוגיות אלחוטיות אחרות

טבלה 1: תרשים השוואה בין טכנולוגיות קווית וקצב העברה אלחוטית בקצב נתונים גבוה

פתרונות גל מילימטר זמינים מסחרית
תיק המוצרים של חברת WaveFree Millimeter Wave כולל פתרונות רדיו נקודה לנקודה הפועלים מ -100 מגה-ביט לשנייה 10 ג'יגה-סיביות (10 ג'יגה-ביט אתרנט) בספקטרום הלהקה האלקטרוני המורשה 70 גיגה-הרץ ועד 1 ג'יגה-סיביות בספקטרום הלא-מורשה 60 ג'יגה הרץ. המערכות זמינות עם גדלי אנטנות שונים כדי לעמוד בדרישות הזמינות של הלקוח לאורך מרחקי פריסה ספציפיים בנקודות המחיר התחרותיות ביותר של כל יצרן רדיו אלקטרוני בענף. פתרונות הרדיו האלקטרוני של Wireless Excellence פועלים ברצועת התדרים הנמוכה יותר של 5 ג'יגה הרץ בספקטרום הלהקה האלקטרוני המורשה 70/80 ג'יגה הרץ בלבד, ולא בהעברה בו זמנית הן בפסים של 70 ג'יגה הרץ והן ב -80 ג'יגה הרץ. כתוצאה מכך, מוצרי Excellence Wireless אינם חשופים למגבלות פריסה פוטנציאליות בקרבת אתרים אסטרונומיים או מתקנים צבאיים באירופה, שם הצבא משתמש בחלקים מלהקת 80 GHz לתקשורת צבאית. קל לפרוס את המערכות, ובשל הזנת המתח הנמוך של זרם ישר 48 וולט (Vdc), אין צורך בחשמלאי מוסמך להתקנת המערכת. תמונות של מוצרי Wireless Excellence מוצגות באיור 6 להלן.

קישור MMW CableFree פורס באיחוד האמירויות הערביות

איור 6: מכשירי רדיו MMW ללא כבלים הם קומפקטיים ומשולבים מאוד. גרסת אנטנה בגודל 60 ס"מ

סיכום ומסקנות
כדי לפתור את דרישות הקישוריות הקיבוציות הגבוהות של ימינו, קיימים פתרונות אלחוטיים אמינים במיוחד המספקים ביצועים דמויי סיבים בשבריר מעלות הנחת סיבים או חכירת חיבורי סיבים בעלי קיבולת גבוהה. זה חשוב לא רק מבחינה ביצועית / עלותית, אלא גם מכיוון שחיבורי סיבים ברשתות "Last-Mile" עדיין אינם רחבים במיוחד והמחקרים האחרונים מגלים כי בארצות הברית רק 13.4% מהבניינים המסחריים עם יותר מ 20 עובדים מחוברים לסיבים. מספרים אלה נמוכים עוד יותר במדינות רבות אחרות.

ישנן מספר טכנולוגיות בשוק שיכולות לספק קישוריות ג'יגה ביט לחיבור מיקומי רשת מרוחקים. פתרונות פס אלקטרוני מורשים בטווח התדרים של 70/80 ג'יגה הרץ מעניינים במיוחד מכיוון שהם יכולים לספק את נתוני הזמינות הגבוהים ביותר ברמת הספק במרחק פעולה של 1.6 ק"מ ואילך. בארצות הברית פסק דין FCC מנקודת ציון משנת 2003 פתח את הספקטרום הזה לשימוש מסחרי ותכנית רישוי אור בעלות נמוכה בעלות נמוכה מאפשרת למשתמשים לקבל רישיון להפעלה תוך מספר שעות. במדינות אחרות כבר יש ו / או שנמצאות כעת בתהליך פתיחת ספקטרום הלהקה האלקטרונית לשימוש מסחרי. מכשירי רדיו ללא רשיון של 60 ג'יגה הרץ ומערכות אופטיקה בחלל חופשי (FSO) יכולים לספק קישוריות אתרנט של ג'יגה ביט, אך ברמות זמינות גבוהות יותר של 99.99 ... 99.999% ברמת הספק, שני הפתרונות הללו מסוגלים לפעול רק במרחקים מופחתים. ככלל אצבע פשוט וברוב חלקי ארצות הברית, פתרונות 60 ג'יגה הרץ יכולים לספק את רמות הזמינות הגבוהות הללו רק כאשר הם נפרסים במרחקים מתחת ל -500 מטר (500 מטר).

הפניות
● ITU-R עמ '676-6, "הנחתה על ידי גזים אטמוספריים", 2005.
● ITU-R עמ'.838-3, "מודל הנחתה ספציפי לגשם לשימוש בשיטות חיזוי", 2005.
● ITU-R עמ'.837-4, "מאפייני משקעים למידול רבייה", 2003.
● ITU-R עמ '840-3, "הנחתה בגלל עננים וערפל", 1999.

למידע נוסף על גל המילימטר של הלהקה

למידע נוסף על MMW של E-Band, אנא צור קשר

השאר הודעה 

רשימת הודעות