Im August 2019 wurde in Russland erstmals weltweit (ja, das ist wahr) ein kommerzielles Projekt zur drahtlosen Sicherung eines Hauptglasfaserkabels mit einer Kapazität von 40 Gbit/s realisiert. Der Betreiber „Einheit“, ein Tochterunternehmen von Norilsk Nickel, hat über diesen Kanal eine kabellose Backup-Verbindung über 11 Kilometer durch den Jenissei gelegt.
Gelegentlich erscheinen in der Presse, auch auf Habr, . Diese sind aus technologischer Fortschrittsperspektive interessant, jedoch handelt es sich immer um Forschungsversuche. Hier jedoch haben wir ein reales kommerzielles Projekt vor uns, und das nicht in der Silicon Valley oder an einer europäischen Universität, sondern mitten in der Taiga am Polarkreis. Überraschenderweise schaffen gerade das riesige Land mit seinen komplexen geografischen und klimatischen Bedingungen die Voraussetzungen für Projekte, die den besten Forschungsinstituten überlegen sind.
Chronologie der letzten Rekorde in der drahtlosen Kommunikation:
- Mai 2013, bei einer experimentellen Frequenz von 240 GHz als gemeinsames Experiment von Wissenschaftlern des Karlsruher Instituts für Technologie, der Radiometer Physics GmbH und des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik. Diese Frequenz ist kommerziell nicht verfügbar.
- Mai 2016: im Bereich von 70/80 GHz, dasselbe Team, aber als neues Experiment auf Frequenzen, die für kommerzielle Projekte reserviert sind,
- November 2016: , Forschungszentrum Facebook Connectivity Lab,
- Januar 2019, , Testgelände der Deutschen Telekom mit Serienausstattung von Ericsson, im Mai 2019 führte die Skalierung desselben Links auf demselben Gelände bereits zu 8 in Reihe zu etwa 100 Gbit/s.
- August 2019, , Norilsk Betreiber "Edinstvo" mit Serienausstattung der LLC "DOK" (St. Petersburg).
Tatsächlich hätte es keinen Rekord für drahtlose Kommunikation im Polarkreis gegeben, wenn nicht das Eisbrechen im Jenissei gewesen wäre. Die Vorgeschichte des Projekts ist folgendermaßen: Im Jahr 2017, nachdem die Betreiber der "großen Drei" sich geweigert hatten, die Kommunikation in Richtung Taymyr auszubauen, baute die PJSC "GMK Norilsk Nickel" mit eigenen Mitteln eine riesige Glasfaserleitung (WOLС) von Neuen Urengoi nach Norilsk über 956 km mit einer Kapazität von 40 Gbit/s. Es handelt sich um eine wirklich komplexe Strecke, die durch unwegsames Gelände verläuft, und die Bauarbeiter erhielten für diese Arbeit staatliche Auszeichnungen.
Eines der Probleme während des Betriebs – der Übergang des 40-Gigabit-Glasfaserkabels (WOLC) über den Jenissei in Abwesenheit von Brücken wurde gelöst, indem es auf dem Grund des Flusses verlegt wurde, wobei mehrere Kabel zur Sicherheit verlegt wurden. Aber das Eisbrechen beschädigt die Optik leicht. Außerdem ist das Eisbrechen im Jenissei ein Ereignis, das sich nicht an einem einzigen Tag abspielt, und jegliche Reparaturarbeiten auf dem Wasser sind während dieser Zeit aufgrund der hohen Gefährdung für Menschen nicht erlaubt.
Neben den zusätzlichen Kabeln am Boden des Jenissei wurde die Strecke durch einen drahtlosen Funkrelaysender mit 1 Gbit/s von Telekommunikationstürmen auf beiden Seiten des Flusses in Igarka und dem Dorf Priluki reserviert (dieser Funkkanal ist auf dem oberen Foto zu sehen — große Schüssel). Aber was ist 1 Gbit/s, um den gesamten Industriekomplex Norilsk im Falle einer Beschädigung der Glasfaser zu sichern … — Tränen. Daher begann der Norilsker Betreiber „Einheit“, der zur PAO „GMK Norilsk Nickel“ gehört, im Herbst-Winter 2018-2019 mit den Planungsarbeiten für den Bau eines drahtlosen Kanals über den Jenissei, dessen Kapazität nicht geringer ist als die der Hauptleitung der Glasfaserkommunikation.
Die Spezialisten von "Единство" waren überrascht, dass keines der weltweit bekannten Telekommunikationsunternehmen Angebote zur Lieferung von Geräten für einen 40-Gigabit-Drahtloskanal über eine Entfernung von 11 km angenommen hat. Dies liegt an der komplexen Kombination aus hoher Bandbreite und Entfernung. Moderne Seriengeräte mit einer Kapazität von 10 Gbit/s oder mehr im Frequenzbereich von 70/80 GHz haben die Eigenschaft, dass die Reichweite sehr begrenzt ist. Dies geschieht, weil es bei komplexen Codierungsschemata wie QAM128 oder QAM256 — die einzig in der Lage sind, eine Bandbreite von 10 Gbit/s oder mehr zu liefern — schwierig ist, eine nennenswerte Senderleistung bereitzustellen. Entfernungen von 3-5 km sind einfach, aber bei 11 km wird die Signalabschwächung zu groß, sodass keine Verbindung im Standard 10GE hergestellt werden kann.
Die Herausforderung nahm ein einheimischer Entwickler aus Sankt Petersburg an — . Sie hatten bereits Entwicklungen von Funkbrücken, die die erforderliche Reichweite sicherten. Vor diesem Projekt testeten sie einen 40 Gbit/s-Kanal in Form von 4 gemeinsam arbeitenden Funkbrücken mit je 10 Gbit/s auf ihrem 4 km langen Testgelände und waren überzeugt, dass eine solche Kapazität erreichbar ist. In der Praxis hat jedoch noch niemand in der Telekommunikationsindustrie versucht, 4 parallel arbeitende Funkbrücken mit je 10 Gbit/s über eine Strecke von 11 km einzusetzen.
Nachdem sie Ablehnungen von internationalen Marken erhalten hatten, war der Auftraggeber, die LLC „Eединство“, ebenfalls nicht sicher, ob die inländischen Geräte das Projekt bewältigen könnten. Daher wurde beschlossen, zunächst im Rahmen eines Pilotprojekts nur eine Funkbrücke mit 10 Gbit/s auf 11 km zu installieren. Sollte sich diese bewähren, würde die Aufgabe auf 4 parallel arbeitende Funkbrücken ausgeweitet.
Aus technischer Sicht ist es nicht erforderlich, 40 Gbit/s über einen Kanal zu übertragen, sei es kabellos oder über Glasfaser. Es ist viel einfacher, Daten über mehrere parallele "Fäden" mit 10 Gbit/s zu übertragen. Netzwerkgeräte des 10GE-Standards sind kostengünstiger und leichter erhältlich als 40GE-Switches. Zudem bieten parallele "Fäden" eine höhere Zuverlässigkeit für den gesamten Kanal.
Allerdings gab es das Problem, dass im Gegensatz zu Glasfaser, wo das Signal auf parallelen Leitungen sich gegenseitig nicht beeinflusst, bei Funkkanälen gegenseitige Störungen bis hin zum vollständigen Verbindungsabbruch auftreten können. Dem wird mit verschiedenen Signalpolarisationen und Frequenztrennung der Signale entgegengewirkt. Das zu sagen ist einfacher als die Umsetzung "in der Hardware". Ingenieure aus St. Petersburg haben Schaltungen auf großen MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) basierend auf Galliumarsenid entwickelt und waren von ihrer schaltungstechnischen Lösung überzeugt.
„Moderne 10GE-Radiobrücken weltweit werden mit käuflichen Mikrowellen-Chips hergestellt. In diesem Bereich ist es ineffizient, eine vertikal integrierte Entwicklung zu betreiben, bei der alle technologischen Prozesse in einem Unternehmen durchgeführt werden — von der Beschichtung der Mikrowellen-Chips bis zur Montage der Komponenten zu einem fertigen Produkt. Das ist ungefähr so, wie zahlreiche Unternehmen Computerplatinen auf Basis von Chips von Intel und AMD herstellen. Jedoch erfordert die Anpassung von Mikrowellen-Chips, die anschließende Signalverstärkung und deren Einspeisung in die Antenne besondere Expertise, und das ist eigentlich das Know-how der Unternehmen“, kommentierte Valery Salomатов, Projektmanager bei DOC LLC.
Die Pilot-Radiobrücke 10 Gbit/s Modell PPC-10G-E-HP arbeitete erfolgreich an Türmen entlang des Jenissei für ein paar Monate (Mai-Juni 2019). Sommerregen ist die schwierigste Zeit für die Funkkommunikation im Millimeterwellenbereich, da die Regentropfen in der Größenordnung der Wellenlänge liegen (etwa 4 mm), was zu einer Signalabschwächung führt. Im Winter gibt es dieses Problem nicht, da Schneeflocken, ähnlich wie Nebel und Rauch, für die drahtlose Kommunikation im Bereich von 70/80 GHz radio-transparent sind.
Die 10 Gbit/s Funkbrücke von ООО «ДОК» hat sich unter schwierigen Wetterbedingungen und auf großer Distanz bewährt. Auf Basis der Statistiken zur Verfügbarkeit der Verbindung hat der Betreiber «Единство» beschlossen, die Kapazität auf vier parallele drahtlose Kanäle mit jeweils 10 GE zu erweitern. Die Montage wurde von den Spezialisten des Unternehmens «Единство» durchgeführt, die sich eigenständig mit den Feinheiten der Einrichtung gemäß den Anweisungen des Equipments auseinandergesetzt haben. Ende Juli 2019 wurde die Funkbrücke
40 Gbit/s (4 x 10 Gbit/s) über den Jenissei wurde in Anwesenheit des Montageleiters von ООО «ДОК» in den kommerziellen Betrieb genommen.
Quelle: habr.com
