Число устройств, передающих информацию беспроводным путем, в последние годы сильно возросло.
В нашей стране основная нагрузка пришлась на диапазоны мобильной связи стандарта 3G, это 900 -2000 МГц, а также популярный WiFi диапазон 2.4 ГГц. Частоты в зоне 5 ГГц оставались относительно свободными чуть дольше, но с развитием WiFi этот диапазон используется все чаще, как среди провайдерского, так и среди бытового оборудования. С появлением нового стандарта WiFi 802.11 /ac, который использует 5 ГГц в качестве основного диапазона, можно прогнозировать и дальнейший рост нагрузки на эти частоты в ближайшее время.
Высокая загрузка эфира в крупных городах вызывает серьезные трудности при построении WiFi сетей провайдерского уровня. И поскольку количество беспроводного оборудования постоянно увеличивается, ситуация с течением времени будет только усугубляться.
В связи с этим перед производителями оборудования остро встает вопрос необходимости использования свободных диапазонов частот. Сейчас это верхние границы сантиметрового диапазона и миллиметровый, поскольку метровые и нижние зоны дециметрового диапазонов сегодня активно используются мобильными операторами и теле-радиовещательными станциями.
Но повышение частоты радиосигнала к границам миллиметровой зоны оказывает сильное влияние на его характеристики. Диапазон имеет как преимущества, так и недостатки.
К преимуществам, бесспорно, можно отнести меньший размер антенн и высочайшую пропускную способность соединения.
Известно, что размер любой антенны должен быть кратен длине радиоволн или λ, обычно это 1/4. Примерный размер одиночного антенного элемента для популярного WiFi диапазона 2.4 ГГц при этом может быть вычислен по формуле λ(длинна волны ) / 4, что при λ = 12 см для частоты 2.4 ГГц, составит 12см /4=3 см. В зависимости от типа и формы элементов размер может несколько меняться, но примерный порядок сохранится. Поскольку WiFi антенны провайдерского класса обычно имеют выраженную диаграмму направленности и высокие показатели усиления, чаще всего они состоят из множества элементов и имеют размер вместе с корпусом порядка 30-70 см.
При увеличении частоты до 60 ГГц размер антенных элементов уменьшится пропорционально длине волны, что дает возможность создавать универсальные многонаправленные антенные модули размером всего лишь несколько сантиметров с возможностью гибко менять направление излучения сигнала в зависимости от местоположения устройства.
Минусами миллиметрового диапазона являются малая проникающая способность, сильное затухание сигнала в атмосфере, особенно в условиях осадков.
По своим свойствам СВЧ излучение, к которому относятся миллиметровые волны, является промежуточным между видимым светом и радиоволнами, и чем выше частота сигнала, тем более выражены свойства, присущие видимому свету в виде отражения от препятствий и сильного затухания в атмосфере на расстоянии. Такой эффект уже достаточно выражен и в диапазоне 2.4 ГГц, но все же не настолько сильно, как на частотах от 20-30 ГГц и выше.
Надо сказать, что затухание сигнала миллиметрового диапазона в атмосфере неравномерно и оборудование, работающее на нем, требует правильного выбора частот. Это хорошо видно на следующем графике.
Например, не так давно стало известно о разработке новых стандартов WiFi 802.11 /ad с использованием частоты 60 ГГц. В частности, о подготовке выпуска устройств с поддержкой данной технологии заявила компания Samsung Electronics. Но, как мы видим на графике, диапазон 60 ГГц находится в зоне пика атмосферной непрозрачности и возможность его применения для установки соединений даже на небольших расстояниях вне помещений, учитывая дожди и зимние снегопады, весьма сомнительна. Поэтому сфера применения WiFi 802.11 /ad скорее всего ограничится соединением пользовательских устройств, находящихся в помещениях, при условиях прямой видимости между ними.
На практике имеется уже довольно много работающих решений для создания магистральных каналов связи в верхней границе сантиметрового и нижней миллиметрового диапазонов. Рассмотрим чуть подробнее несколько моделей такого оборудования.
Один из хороших примеров – это радиорелейный мост Ubiquiti AirFiber, работающий на частоте 24 ГГц.
AirFiber 24 предназначен для обеспечения магистрального канала связи с пропускной способностью 1.4 гб/сек на расстоянии 10-15 км и имеет высокую производительность, обрабатывая более миллиона пакетов в секунду. Поддерживаются типы модуляции сигнала QPSK, 64QAM 16QAM. Как видно на графике атмосферного затухания сигнала, частота 2.4 ГГц выбрана неидеально, так как на нее приходится некоторый рост атмосферной непрозрачности, однако, судя по тестам и отзывам, реальные характеристики AirFiber полностью соответствуют заявленным.
Довольно интересно выглядит РРЛ EtherHaul-1200 израильского производителя Siklu, работающая на частотах 70- 90 ГГц.
В данном случае диапазон подобран хорошо. Производительность радиоканала заявлена от 700 мб/сек, до 1.2 гб/сек в зависимости от модели, поддерживаются модуляции сигнала QPSK, 16QAM, 64 QAM, максимальная дистанция пролета радиомоста составляет до 3-5 км.
Также одно из решений миллиметрового диапазона – это РРЛ E-link 1000Q производства компании E-Band Communications.
E-link 1000Q работает в диапазоне 70-80 ГГц и обеспечивает соединение с пропускной способностью 1.2 гб/сек при длине пролета 5 и более км. Используется квадратурная модуляция сигнала QPSK.
Подводя итог, можно сделать вывод, что вследствие возрастающей нагрузки на стандартные сантиметровые диапазоны, количество устройств, работающих с миллиметровым диапазоном, будет возрастать и распространяться с сегмента провайдерских РРЛ на другие категории беспроводного оборудования, правда, с учетом физических ограничений диапазона, которые заключаются в низкой проникающей способности сигнала. Яркий пример – перспективный стандарт WiFi 802.11 /ad, работа над внедрением которого сейчас ведется крупнейшими компаниями.
При использовании в радиорелейных линиях связи миллиметровый и верхняя зона сантиметрового диапазона показывают хорошие результаты и обеспечивают стабильное соединение на расстояниях до 10-15 км.
