Công nghệ sóng milimét E-Band

Giới thiệu về Công nghệ sóng milimet cho E-Band và V-Band

Tóm tắt MMW

Millimeter Wave (MMW) là công nghệ cho kết nối không dây tốc độ cao (10Gbps, 10 Gigabit mỗi giây), lý tưởng cho các khu vực thành thị. Sử dụng vi sóng tần số cao trong phổ E-Band (70-80GHz) và 58GHZ đến 60GHz (V-Band), các liên kết có thể được triển khai dày đặc ở các thành phố đông đúc mà không bị nhiễu và không cần đào cáp và cáp quang, có thể tốn kém, chậm và gây gián đoạn cao. Ngược lại, các liên kết MMW có thể được triển khai trong vài giờ và được di chuyển và sử dụng lại trên các trang web khác nhau khi yêu cầu mạng phát triển.

Cáp kết nối sóng milimet MMW miễn phí được cài đặt ở UAE

Lịch sử của MMW

Năm 2003, Ủy ban Truyền thông Liên bang Bắc Mỹ (FCC) đã mở một số băng tần sóng milimet (MMW) tần số cao, cụ thể là trong các dải 70, 80 và 90 gigahertz (GHz), để sử dụng cho mục đích thương mại và công cộng. Do lượng phổ rộng lớn (khoảng 13 GHz) có sẵn trong các băng tần này, bộ đàm sóng milimét đã nhanh chóng trở thành giải pháp vô tuyến điểm-điểm (pt-to-pt) nhanh nhất trên thị trường. Các sản phẩm truyền dẫn vô tuyến cung cấp tốc độ dữ liệu song công lên đến 1.25 Gbps, ở mức độ khả dụng của lớp nhà cung cấp dịch vụ là 99.999% và trên khoảng cách gần một dặm trở lên hiện khả dụng. Do giá cả hiệu quả về chi phí, bộ đàm MMW có tiềm năng chuyển đổi mô hình kinh doanh cho các nhà cung cấp dịch vụ hỗ trợ di động và kết nối truy cập tàu điện ngầm / doanh nghiệp “Last-Mile”.

Cơ sở quy định
Việc mở rộng 13 GHz của phổ tần chưa được sử dụng trước đây trong các dải tần số 71… 76 GHz, 81… 86 GHz và 92… 95 GHz, để sử dụng thương mại và các dịch vụ không dây cố định mật độ cao ở Hoa Kỳ vào tháng 2003 năm XNUMX được coi là phán quyết mang tính bước ngoặt của Ủy ban Truyền thông Liên bang (FCC). Từ quan điểm công nghệ, phán quyết này lần đầu tiên cho phép truyền thông không dây tốc độ toàn phần và song công tốc độ gigabit trên khoảng cách từ một dặm trở lên ở mức khả dụng của cấp nhà cung cấp dịch vụ. Vào thời điểm mở rộng phạm vi sử dụng cho mục đích thương mại, Chủ tịch FCC Michael Powell đã báo trước rằng phán quyết này sẽ mở ra một “biên giới mới” trong các dịch vụ và sản phẩm thương mại cho người dân Mỹ. Kể từ đó, các thị trường mới cho việc thay thế hoặc mở rộng cáp quang, mạng truy cập “Last-Mile” không dây điểm-điểm, và truy cập Internet băng thông rộng với tốc độ dữ liệu gigabit và hơn thế nữa đã được mở ra.

Không thể phóng đại tầm quan trọng của phân bổ 70 GHz, 80 GHz và 90 GHz. Ba phân bổ này, được gọi chung là E-band, bao gồm lượng phổ lớn nhất từng được FCC phát hành để sử dụng thương mại được cấp phép. Cùng với nhau, dải phổ 13 GHz làm tăng 20% ​​số lượng các dải tần được FCC phê duyệt và các dải này kết hợp lại đại diện cho 50 lần băng thông của toàn bộ phổ di động. Với tổng băng thông 5 GHz có sẵn ở 70 GHz và 80 GHz, và 3 GHz ở 90 GHz, Ethernet gigabit và tốc độ dữ liệu cao hơn có thể dễ dàng đáp ứng với các kiến ​​trúc vô tuyến tương đối đơn giản và không có sơ đồ điều chế phức tạp. Với đặc điểm công tác tuyên truyền là chỉ hơi tồi tệ hơn so với những người ở các ban nhạc lò vi sóng sử dụng rộng rãi, và đặc điểm thời tiết tốt đặc trưng cho phép mưa phai phải được hiểu, khoảng cách liên kết của vài dặm có thể tự tin trở thành hiện thực.

Phán quyết của FCC cũng đặt nền móng cho một kế hoạch cấp phép mới dựa trên Internet. Chương trình cấp phép trực tuyến này cho phép đăng ký nhanh một liên kết vô tuyến và cung cấp khả năng bảo vệ tần số với mức phí một lần thấp là vài trăm đô la. Nhiều quốc gia khác trên toàn cầu hiện đang mở phổ MMW cho việc sử dụng công cộng và thương mại, sau phán quyết mang tính bước ngoặt của FCC. Trong bài báo này, chúng tôi sẽ cố gắng giải thích tầm quan trọng của các băng tần 70 GHz, 80 GHz và 90 GHz và chỉ ra cách phân bổ tần số mới này sẽ có khả năng định hình lại việc truyền dữ liệu tốc độ cao và các mô hình kinh doanh liên quan.

Thị trường mục tiêu và các ứng dụng cho khả năng kết nối truy cập “Last-Mile” dung lượng cao
Chỉ riêng tại Hoa Kỳ, có khoảng 750,000 tòa nhà thương mại với hơn 20 nhân viên. Trong môi trường kinh doanh được kết nối Internet cao hiện nay, phần lớn các tòa nhà này cần kết nối Internet tốc độ dữ liệu cao. Mặc dù chắc chắn đúng là nhiều doanh nghiệp hiện đang hài lòng với việc có tốc độ chậm hơn T1 / E1 ở mức tương ứng là 1.54 Mb / giây hoặc 2.048 Mb / giây hoặc bất kỳ hình thức kết nối DSL tốc độ nào khác, nhưng số lượng doanh nghiệp ngày càng tăng nhanh đang yêu cầu hoặc đòi hỏi DS- Kết nối 3 (45 Mbps) hoặc kết nối cáp quang tốc độ cao hơn. Tuy nhiên, và đây là nơi bắt đầu các vấn đề, theo một nghiên cứu gần đây của Vertical Systems Group, chỉ 13.4% các tòa nhà thương mại ở United Sates được kết nối với mạng cáp quang. Nói cách khác, 86.6% tòa nhà này không có kết nối cáp quang và người thuê tòa nhà dựa vào việc thuê các mạch đồng có dây tốc độ chậm hơn từ các nhà cung cấp dịch vụ điện thoại đương nhiệm hoặc thay thế (ILEC hoặc CLEC). Chi phí như vậy cho một kết nối đồng có dây tốc độ cao hơn như kết nối DS-45 3 Mbps, có thể dễ dàng lên đến 3,000 đô la một tháng hoặc hơn.

Một nghiên cứu thú vị khác được thực hiện bởi Cisco vào năm 2003 cho thấy 75% các tòa nhà thương mại của Hoa Kỳ không được kết nối với cáp quang nằm trong phạm vi một dặm của kết nối cáp quang. Tuy nhiên, mặc dù nhu cầu truyền tải công suất lớn ngày càng tăng vào các tòa nhà này, chi phí liên quan đến việc đặt cáp quang thường không cho phép “đóng nút cổ chai truyền dẫn”. Ví dụ, chi phí đặt cáp quang ở các thành phố đô thị lớn của Hoa Kỳ có thể lên đến 250,000 đô la mỗi dặm, và ở nhiều thành phố lớn nhất của Hoa Kỳ, thậm chí có lệnh cấm đặt cáp quang mới vì liên quan đến sự gián đoạn giao thông lớn. Các số liệu về kết nối cáp quang với tòa nhà thương mại ở nhiều Thành phố Châu Âu còn tệ hơn nhiều và một số nghiên cứu cho rằng chỉ khoảng 1% các tòa nhà thương mại được kết nối với cáp quang.

Nhiều nhà phân tích trong ngành đồng ý rằng có một thị trường rộng lớn và hiện chưa được phục vụ cho kết nối truy cập không dây đường ngắn “Mile cuối cùng” miễn là công nghệ cơ bản cho phép mức độ khả dụng của nhà mạng. Hệ thống vô tuyến MMW hoàn toàn phù hợp để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật này. Ngoài ra, các hệ thống MMW công suất cao và có sẵn trên thị trường đã giảm mạnh về giá trong vài năm qua. Khi so sánh với việc đặt chỉ một dặm cáp quang trong một đô thị lớn của Hoa Kỳ hoặc thành phố châu Âu, việc sử dụng một đài phát thanh MMW có hỗ trợ Ethernet gigabit Ethernet có thể chạy với mức thấp nhất là 10% chi phí cáp quang. Cấu trúc định giá này làm cho tính kinh tế của kết nối gigabit trở nên hấp dẫn vì bố trí vốn cần thiết và kết quả là thời gian hoàn vốn đầu tư (ROI) được rút ngắn đáng kể. Do đó, nhiều ứng dụng tốc độ dữ liệu cao trước đây không thể phục vụ một cách kinh tế do chi phí cơ sở hạ tầng cao của cáp quang hiện có thể được phục vụ và khả thi về mặt kinh tế khi sử dụng công nghệ vô tuyến MMW. Trong số các ứng dụng này là:
● Phần mở rộng và thay thế sợi quang CLEC và ILEC
● Hệ thống hỗ trợ mạng lưới Metro Ethernet và đóng vòng sợi quang
● Phần mở rộng mạng LAN không dây trong khuôn viên trường
● Sao lưu sợi quang và đa dạng đường dẫn trong mạng khuôn viên trường
● Phục hồi sau thảm họa
● Kết nối SAN dung lượng cao
● Dự phòng, tính di động và an ninh cho An ninh Nội địa và Quân sự
● Mạng di động 3G và / hoặc WIFI / WiMAX trong các mạng đô thị dày đặc
● Các liên kết di động và tạm thời để truyền tải video độ nét cao hoặc HDTV

Tại sao sử dụng Công nghệ E-Band MMW?

Trong 70 dải tần được mở ra thì dải tần 80 GHz và 71 GHz được các nhà sản xuất thiết bị quan tâm nhất. Được thiết kế để cùng tồn tại, phân bổ 76… 81 GHz và 86… 5 GHz cho phép băng thông truyền song công 5 GHz; đủ để dễ dàng truyền tín hiệu Ethernet gigabit song công (GbE) ngay cả với các sơ đồ điều chế đơn giản nhất. Thiết kế Wireless Excellence tiên tiến thậm chí còn sử dụng băng tần 71 GHz thấp hơn, chỉ từ 76… 10 GHz, để truyền tín hiệu GbE song công. Sau đó, lợi thế rõ ràng được thể hiện khi sử dụng phương pháp này khi triển khai công nghệ MMW gần các địa điểm thiên văn và ở các quốc gia bên ngoài Hoa Kỳ. và có thể đạt được kiến ​​trúc vô tuyến đáng tin cậy cao. Với các mã điều chế hiệu quả hơn về mặt phổ, có thể đạt đến khả năng truyền song công cao hơn ở tốc độ 10 Gbps (40GigE) lên đến XNUMXGbps.

Việc phân bổ 92… 95 GHz khó làm việc hơn nhiều vì phần này của phổ được phân đoạn thành hai phần không bằng nhau được phân tách bằng dải loại trừ hẹp 100 MHz giữa 94.0… 94.1 GHz. Có thể giả định rằng phần phổ này sẽ có nhiều khả năng được sử dụng cho các ứng dụng trong nhà có công suất cao hơn và phạm vi ngắn hơn. Sự phân bổ này sẽ không được thảo luận thêm trong sách trắng này.

Trong điều kiện thời tiết rõ ràng, khoảng cách truyền tại 70 GHz và 80 GHz vượt nhiều dặm do giá trị suy giảm khí quyển thấp. Tuy nhiên, Hình 1 cho thấy rằng ngay cả trong những điều kiện này, sự suy giảm khí quyển thay đổi đáng kể theo tần số [1]. Ở tần số vi sóng thông thường, thấp hơn và lên đến khoảng 38 GHz, suy hao trong khí quyển là thấp hợp lý với các giá trị suy giảm là vài phần mười decibel trên km (dB / km). Ở khoảng 60 GHz sự hấp thụ bởi các phân tử oxy gây ra sự suy giảm đột biến lớn. Sự gia tăng hấp thụ oxy lớn này làm hạn chế nghiêm trọng khoảng cách truyền dẫn vô tuyến của các sản phẩm vô tuyến 60 GHz. Tuy nhiên, ngoài đỉnh hấp thụ oxy 60 GHz, một cửa sổ suy giảm thấp rộng hơn sẽ mở ra khi suy giảm trở lại giá trị khoảng 0.5 dB / km. Cửa sổ suy giảm thấp này thường được gọi là E-band. Các giá trị suy giảm băng tần E gần với mức suy giảm mà radio vi sóng thông thường gặp phải. Trên 100 GHz, suy giảm khí quyển nói chung tăng và ngoài ra có nhiều dải hấp thụ phân tử gây ra bởi sự hấp thụ O2 và H2O ở tần số cao hơn. Tóm lại, chính cửa sổ suy giảm khí quyển tương đối thấp giữa 70 GHz và 100 GHz làm cho tần số băng tần E trở nên hấp dẫn đối với truyền dẫn không dây dung lượng cao. Hình 1 cũng cho thấy sự suy giảm tác động của mưa và sương mù trong các băng tần quang học vi sóng, sóng milimet và hồng ngoại bắt đầu khoảng 200 terahertz (THz) và được sử dụng trong hệ thống truyền dẫn FSO. Ở các tỷ lệ mưa khác nhau và cụ thể, các giá trị suy giảm thay đổi một chút, với tần số truyền tải ngày càng tăng. Mối quan hệ giữa tốc độ mưa và khoảng cách truyền tải sẽ được xem xét kỹ hơn trong phần sau. Sự suy giảm liên quan đến sương mù về cơ bản có thể bị bỏ qua ở các tần số sóng milimet, tăng theo một số bậc độ lớn giữa sóng milimet và dải truyền quang: Lý do chính khiến các hệ thống FSO ở khoảng cách xa hơn ngừng hoạt động trong điều kiện sương mù.

Khoảng cách truyền cho E-Band
Như với tất cả các quá trình truyền sóng vô tuyến tần số cao, sự suy giảm mưa thường xác định các giới hạn thực tế về khoảng cách truyền dẫn. Hình 2 cho thấy rằng các hệ thống vô tuyến hoạt động trong dải tần E-band có thể bị suy hao lớn khi có mưa [2]. May mắn thay, cơn mưa dữ dội nhất có xu hướng rơi ở một số khu vực hạn chế trên thế giới; chủ yếu là các nước cận nhiệt đới và xích đạo. Vào những thời điểm cao điểm, tốc độ mưa hơn bảy inch / giờ (180 mm / giờ) có thể được quan sát thấy trong thời gian ngắn. Ở Hoa Kỳ và Châu Âu, tỷ lệ mưa tối đa trải qua thường ít hơn bốn inch / giờ (100 mm / giờ). Tốc độ mưa như vậy gây ra sự suy giảm tín hiệu là 30 dB / km và thường chỉ xảy ra trong các đợt mây ngắn. Các đám mây này là các trận mưa xuất hiện trong các khu vực tương đối nhỏ và cục bộ và trong một đám mây mưa có cường độ thấp hơn, đường kính lớn hơn. Vì các đám mây bùng nổ cũng thường liên quan đến các hiện tượng thời tiết khắc nghiệt di chuyển nhanh qua đường truyền, thời gian ngừng hoạt động do mưa có xu hướng ngắn và chỉ có vấn đề trên các đường truyền khoảng cách xa hơn.

Sóng milimet và suy hao mưa Băng tần E-Band

ITU Rain Zones Global Milimet Sóng E-Band V-Band

Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) và các tổ chức nghiên cứu khác đã thu thập dữ liệu lượng mưa hàng thập kỷ từ khắp nơi trên thế giới. Nhìn chung, đặc điểm lượng mưa và mối quan hệ giữa lượng mưa, thời gian mưa thống kê, lượng mưa rơi, v.v. đều được hiểu rõ [3] và bằng cách sử dụng thông tin này, có thể thiết kế các liên kết vô tuyến để khắc phục ngay cả những hiện tượng thời tiết xấu nhất hoặc để dự đoán thời gian ngừng hoạt động liên quan đến thời tiết trên các liên kết vô tuyến khoảng cách xa hơn hoạt động ở các tần số cụ thể. Sơ đồ phân loại khu vực mưa của ITU hiển thị tỷ lệ mưa thống kê dự kiến ​​theo thứ tự bảng chữ cái. Trong khi các khu vực có lượng mưa ít nhất được phân loại là "Khu vực A", tỷ lệ mưa cao nhất là ở "Khu vực Q." Bản đồ khu vực mưa ITU toàn cầu và danh sách tỷ lệ mưa ở các khu vực cụ thể trên thế giới được thể hiện trong Hình 3 dưới đây.

 Bản đồ mờ mưa MMW cho ban nhạc V ban nhạc điện tử Hoa Kỳ

Hình 3: Phân loại vùng mưa của ITU của các khu vực khác nhau trên thế giới (trên cùng) và tỷ lệ mưa thống kê thực tế như một hàm của thời gian mưa

Hình 4 cho thấy một bản đồ chi tiết hơn cho Bắc Mỹ và Úc. Điều đáng nói là khoảng 80% lãnh thổ Lục địa Hoa Kỳ rơi vào vùng mưa K trở xuống. Nói cách khác, để hoạt động ở mức khả dụng 99.99%, biên độ mờ dần của hệ thống vô tuyến phải được thiết kế để chịu được lượng mưa tối đa là 42 mm / giờ. Tỷ lệ mưa cao nhất ở Bắc Mỹ có thể được quan sát thấy ở Florida và dọc theo Bờ biển Vùng Vịnh, và những khu vực này được xếp vào khu vực mưa N. Nhìn chung, Úc trải qua ít mưa hơn Bắc Mỹ. Các phần lớn của đất nước này bao gồm cả đường bờ biển phía Nam đông dân hơn nằm trong vùng mưa E và F (<28 mm / h).

Để đơn giản hóa, bằng cách kết hợp các kết quả của Hình 2 (tỷ lệ lượng mưa so với suy giảm) và sử dụng biểu đồ lượng mưa của ITU được hiển thị trong Hình 3 và 4, có thể tính toán tính khả dụng của một hệ thống vô tuyến cụ thể đang hoạt động ở một số nơi trên thế giới. . Tính toán lý thuyết dựa trên dữ liệu lượng mưa của Hoa Kỳ, Châu Âu và Úc cho thấy rằng thiết bị truyền dẫn vô tuyến 70/80 GHz có thể đạt được kết nối GbE ở mức sẵn có thống kê là 99.99… 99.999% trong khoảng cách gần một dặm hoặc thậm chí xa hơn. Đối với một thấp sẵn có 99.9%, khoảng cách vượt quá 2 dặm có thể đạt được thường xuyên. Khi định cấu hình mạng theo cấu trúc liên kết vòng hoặc lưới, khoảng cách hiệu quả tăng gấp đôi trong một số trường hợp cho cùng một con số khả dụng do bản chất dày đặc, phân cụm của các ô mưa lớn và dự phòng đường dẫn mà cấu trúc liên kết vòng / lưới cung cấp.

MMW Rain Fade Bản đồ Australia E-Band V_Band

Hình 4: Phân loại vùng mưa của ITU cho Bắc Mỹ và Úc

Một lợi ích mạnh mẽ của công nghệ MMW so với các giải pháp không dây dung lượng cao khác như quang học không gian trống (FSO) là tần số MMW không bị ảnh hưởng bởi các suy giảm truyền dẫn khác như sương mù hoặc bão cát. Ví dụ, sương mù dày đặc, với hàm lượng nước lỏng 0.1 g / m3 (tầm nhìn khoảng 50 m) có độ suy giảm chỉ 0.4 dB / km ở 70/80 GHz [4]. Trong điều kiện này, hệ thống FSO sẽ bị suy giảm tín hiệu hơn 250 dB / km [5]. Các giá trị suy giảm cực đoan này cho thấy tại sao công nghệ FSO chỉ có thể cung cấp các số liệu về tính khả dụng cao trong khoảng cách ngắn hơn. Tương tự, hệ thống vô tuyến băng tần điện tử không bị ảnh hưởng bởi bụi, cát, tuyết và các suy giảm đường truyền khác.

Công nghệ không dây tốc độ dữ liệu cao thay thế
Là lựa chọn thay thế cho công nghệ không dây E-band, có một số công nghệ khả thi hạn chế có khả năng hỗ trợ kết nối tốc độ dữ liệu cao. Phần này của sách trắng cung cấp một cái nhìn tổng quan ngắn gọn.

Cáp quang

Cáp quang cung cấp băng thông rộng nhất trong số các công nghệ truyền dẫn thực tế, cho phép tốc độ dữ liệu rất cao được truyền trên một khoảng cách xa. Mặc dù hàng ngàn dặm của sợi có sẵn trên toàn thế giới và đặc biệt là trong đường dài và mạng lưới giữa các thành phố, “Last-Mile” cốt truy cập hạn chế. Do chi phí trả trước đáng kể và thường rất cao liên quan đến việc đào hào và đặt cáp quang trên mặt đất, cũng như các vấn đề về quyền lợi, việc truy cập cáp quang có thể khó đến mức bất khả thi. Sự chậm trễ kéo dài cũng thường xuyên xảy ra, không chỉ vì quá trình vật lý của quá trình đào rãnh mà còn do những trở ngại do tác động môi trường gây ra và những rào cản quan liêu tiềm tàng liên quan đến một dự án như vậy. Vì lý do này, nhiều thành phố trên thế giới đang cấm đào rãnh bằng cáp quang vì làm gián đoạn giao thông nội đô và sự bất tiện chung mà quá trình đào rãnh gây ra cho công chúng.

Giải pháp vô tuyến vi sóng

Bộ đàm vi ba điểm-điểm cố định có thể hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao hơn như Fast Ethernet 100 Mbps song công hoặc lên đến 500 Mbps cho mỗi nhà cung cấp dịch vụ trong dải tần từ 4-42 GHz. Tuy nhiên, trong các băng tần vi ba truyền thống, phổ bị hạn chế, thường bị tắc nghẽn và các kênh phổ được cấp phép điển hình rất hẹp khi so sánh với phổ E-Band.

Vi sóng và sóng milimet Phổ MMW Băng tần V và băng tần E

Hình 5: So sánh giữa radio vi ba tốc độ dữ liệu cao và giải pháp radio 70/80 GHz.

Nói chung, các kênh tần số có sẵn để cấp phép thường không quá 56 megahertz (MHz), nhưng thường là 30 MHz hoặc thấp hơn. Ở một số băng tần, các kênh 112MHz rộng có khả năng hỗ trợ 880Mbps trên mỗi sóng mang có thể khả dụng, nhưng chỉ ở các băng tần cao hơn phù hợp với khoảng cách ngắn. Do đó, các bộ đàm hoạt động trong các băng tần này với tốc độ dữ liệu cao hơn phải sử dụng kiến ​​trúc hệ thống rất phức tạp, sử dụng các sơ đồ điều chế lên đến 1024 Điều chế biên độ cầu phương (QAM). Các hệ thống rất phức tạp như vậy dẫn đến khoảng cách bị hạn chế và thông lượng vẫn bị giới hạn ở tốc độ dữ liệu đến 880Mbps ở các kênh lớn nhất. Do số lượng phổ tần hạn chế trong các băng tần này, các mẫu băng thông ăng ten rộng hơn và độ nhạy của điều chế QAM cao đối với bất kỳ loại nhiễu nào, việc triển khai dày đặc hơn các giải pháp vi ba truyền thống ở các khu vực đô thị hoặc đô thị là cực kỳ khó khăn. So sánh quang phổ trực quan giữa các băng tần vi ba truyền thống và cách tiếp cận 70/80 GHz được thể hiện trong Hình 5.

Giải pháp vô tuyến sóng milimet 60 GHz (V-Band)
Phân bổ tần số trong dải phổ 60 GHz, và đặc biệt là phân bổ giữa 57… 66 GHz, khác nhau đáng kể ở các khu vực khác nhau trên thế giới. FCC Bắc Mỹ đã phát hành một khối phổ tần số rộng hơn giữa 57… 64 GHz, cung cấp đủ băng thông cho hoạt động GbE song công. Các quốc gia khác đã không tuân theo phán quyết cụ thể này và các quốc gia này chỉ có quyền truy cập vào phân bổ tần số nhỏ hơn nhiều và thường được phân bổ theo kênh trong dải phổ tần 60 GHz. Số lượng phổ tần hạn chế có sẵn bên ngoài Hoa Kỳ không cho phép xây dựng các giải pháp vô tuyến 60 GHz hiệu quả về chi phí với tốc độ dữ liệu cao ở châu Âu, các quốc gia như Đức, Pháp và Anh. Tuy nhiên, ngay cả ở Hoa Kỳ, giới hạn quy định trong công suất truyền, cùng với đặc tính lan truyền tương đối kém do sự hấp thụ cao của các phân tử oxy trong khí quyển (xem Hình 1), giới hạn khoảng cách liên kết điển hình dưới nửa dặm. Để đạt được hiệu suất cấp tàu sân bay là 99.99… 99.999% tính khả dụng của hệ thống, đối với các vùng rộng lớn của lãnh thổ lục địa Hoa Kỳ, khoảng cách thường được giới hạn ở mức hơn 500 thước Anh một chút (500 mét). FCC đã phân loại phổ tần 60 GHz là phổ tần không có giấy phép. Không giống như phân bổ tần số cao hơn 70/80 GHz, hoạt động của hệ thống vô tuyến 60 GHz không cần sự chấp thuận hoặc phối hợp pháp lý. Một mặt, việc sử dụng công nghệ không được cấp phép rất phổ biến ở người dùng cuối, nhưng đồng thời không có biện pháp bảo vệ chống lại sự can thiệp, dù là vô tình hay cố ý. Tóm lại, đặc biệt là ở Hoa Kỳ, việc sử dụng phổ tần 60 GHz có thể là một giải pháp thay thế khả thi tiềm năng cho việc triển khai khoảng cách ngắn, nhưng công nghệ này không thực sự thay thế cho khoảng cách liên kết vượt quá 500 mét và khi yêu cầu tính khả dụng của hệ thống 99.99… 99.999%.

Quang học không gian trống (FSO, Quang không dây)
Công nghệ quang không gian tự do (FSO) sử dụng công nghệ laser hồng ngoại để truyền thông tin giữa các địa điểm từ xa. Công nghệ này cho phép truyền tốc độ dữ liệu rất cao từ 1. 5 Gbps trở lên. Công nghệ FSO nói chung là một công nghệ truyền dẫn rất an toàn, không dễ bị nhiễu do đặc tính chùm truyền cực kỳ hẹp và cũng không có giấy phép trên toàn thế giới.

Thật không may, việc truyền tín hiệu trong các dải quang hồng ngoại bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi sương mù, nơi độ hấp thụ của khí quyển có thể vượt quá 130 dB / km [5]. Nói chung, bất kỳ loại điều kiện thời tiết nào ảnh hưởng đến tầm nhìn giữa hai vị trí (ví dụ: cát, bụi), cũng sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống FSO. Các sự kiện sương mù và bão cát / bụi cũng có thể rất cục bộ và khó dự đoán, do đó, việc dự đoán tính khả dụng của hệ thống FSO khó khăn hơn. Không giống như các trận mưa cực đoan, có thời gian rất ngắn, sương mù và bụi / bão cát cũng có thể kéo dài trong thời gian rất dài (hàng giờ hoặc thậm chí hàng ngày chứ không phải vài phút). Điều này có thể dẫn đến tình trạng mất điện cực kỳ lâu đối với hệ thống FSO hoạt động trong các điều kiện như vậy.

Từ quan điểm thực tế, và khi xem xét số khả dụng là 99.99… 99.999%, tất cả những điều trên có thể giới hạn công nghệ FSO ở khoảng cách chỉ vài trăm thước Anh (300 mét); đặc biệt là ở các khu vực ven biển hoặc có sương mù, cũng như ở các khu vực trải qua bão cát / bụi. Để duy trì kết nối 100% khi triển khai hệ thống FSO trong các loại môi trường này, nên sử dụng công nghệ đường dẫn thay thế.

Đa số các chuyên gia trong ngành đồng ý rằng công nghệ FSO có thể cung cấp một giải pháp thay thế thú vị và có khả năng rẻ tiền trong việc kết nối không dây các vị trí từ xa trong khoảng cách ngắn hơn. Tuy nhiên, vật lý của sự suy giảm tín hiệu trong phổ hồng ngoại sẽ luôn hạn chế công nghệ này trong khoảng cách rất ngắn.

Một so sánh ngắn về các công nghệ truyền tốc độ dữ liệu cao đã được thảo luận và thương mại hóa và các trình điều khiển hiệu suất chính của chúng được trình bày trong Bảng 1.

MMW So với các công nghệ không dây khác

Bảng 1: Biểu đồ so sánh các công nghệ truyền dẫn không dây và đường dây tốc độ dữ liệu cao có sẵn trên thị trường

Các giải pháp sóng milimet có sẵn trên thị trường
Danh mục sản phẩm Sóng milimet miễn phí bao gồm các giải pháp vô tuyến điểm-điểm hoạt động với tốc độ từ 100 Mbps đến 10 Gbps (10 Gigabit Ethernet) trong phổ băng tần E 70 GHz được cấp phép và lên đến 1Gbps trong phổ 60 GHz không được cấp phép. Các hệ thống có sẵn với các kích thước ăng-ten khác nhau để đáp ứng yêu cầu về tính khả dụng của khách hàng trong khoảng cách triển khai cụ thể với mức giá cạnh tranh nhất của bất kỳ nhà sản xuất vô tuyến băng tần E nào trong ngành. Các giải pháp vô tuyến băng tần E của Wireless Excellence chỉ hoạt động ở băng tần 5 GHz thấp hơn của phổ băng tần E 70/80 GHz được cấp phép, thay vì truyền đồng thời ở cả hai băng tần 70 GHz và 80 GHz. Do đó, các sản phẩm Wireless Excellence không có nguy cơ bị hạn chế triển khai gần các địa điểm thiên văn hoặc cơ sở quân sự ở Châu Âu, nơi quân đội đang sử dụng các bộ phận của băng tần 80 GHz cho liên lạc quân sự. Hệ thống dễ triển khai và do nguồn cấp điện áp thấp của dòng điện một chiều 48 volt (Vdc), không cần thợ điện được chứng nhận để lắp đặt hệ thống. Hình ảnh của các sản phẩm Wireless Excellence được thể hiện trong Hình 6 bên dưới.

Liên kết MMW miễn phí được triển khai ở UAE

Hình 6: Bộ đàm CableFree MMW nhỏ gọn và có tính tích hợp cao. Phiên bản ăng ten 60cm được hiển thị

Tóm tắt và kết luận
Để giải quyết các yêu cầu về khả năng kết nối mạng dung lượng cao hiện nay, các giải pháp không dây có độ tin cậy cao có sẵn cung cấp hiệu suất giống như sợi quang với một phần nhỏ chi phí đặt sợi quang hoặc thuê kết nối sợi quang dung lượng cao. Điều này quan trọng không chỉ từ quan điểm hiệu suất / chi phí, mà còn bởi vì kết nối cáp quang trong mạng truy cập “Last-Mile” vẫn chưa phổ biến rộng rãi và các nghiên cứu mới nhất cho thấy ở Hoa Kỳ chỉ có 13.4% các tòa nhà thương mại có hơn 20 nhân viên được kết nối với cáp quang. Những con số này thậm chí còn thấp hơn ở nhiều quốc gia khác.

Có một số công nghệ trên thị trường có thể cung cấp kết nối gigabit để kết nối các vị trí mạng từ xa. Các giải pháp E-band được cấp phép trong dải tần 70/80 GHz được quan tâm đặc biệt vì chúng có thể cung cấp số liệu về tính khả dụng cao nhất của cấp nhà cung cấp dịch vụ ở khoảng cách hoạt động từ một dặm (1.6 km) trở lên. Tại Hoa Kỳ, một phán quyết mang tính bước ngoặt của FCC năm 2003 đã mở phổ tần này cho việc sử dụng thương mại và chương trình cấp phép ánh sáng giá rẻ dựa trên Internet cho phép người dùng nhận được giấy phép hoạt động trong vòng vài giờ. Các quốc gia khác hoặc đã có và / hoặc hiện đang trong quá trình mở phổ băng tần E để sử dụng thương mại. Đài 60 GHz không được cấp phép và hệ thống quang học không gian trống (FSO) cũng có thể cung cấp kết nối Ethernet gigabit, nhưng ở mức độ khả dụng cao hơn 99.99… 99.999% cấp nhà mạng, cả hai giải pháp này chỉ có khả năng hoạt động ở khoảng cách giảm. Theo nguyên tắc đơn giản và đối với hầu hết các vùng của Hoa Kỳ, các giải pháp 60 GHz chỉ có thể cung cấp các mức độ sẵn sàng cao này khi được triển khai ở khoảng cách dưới 500 thước Anh (500mét).

dự án
● ITU-R P.676-6, “Suy giảm bởi khí quyển,” 2005.
● ITU-R P.838-3, “Mô hình suy giảm cụ thể cho mưa để sử dụng trong các phương pháp dự báo,” 2005.
● ITU-R P.837-4, “Đặc điểm của lượng mưa để lập mô hình lan truyền,” 2003.
● ITU-R P.840-3, “Suy giảm do mây và sương mù,” 1999.

Để biết thêm thông tin về sóng milimet băng tần điện tử

Để biết thêm thông tin về E-Band MMW, Vui lòng Liên hệ

Để lại lời nhắn 

Danh sách tin nhắn