Im August 2019 wurde in Russland erstmals weltweit (Ja, das ist wahr) ein kommerzielles Projekt zur kabellosen Sicherung eines 40 Gbit/s Hochgeschwindigkeits-Glasfaserkabels umgesetzt. Der Betreiber „Единство“, eine Tochtergesellschaft von Norilsk Nickel, hat über diesen Kanal ein 11 Kilometer langes kabelloses Backup durch den Jenissei geführt.
Gelegentlich erscheinen in der Presse, auch auf Habr, . Sie sind interessant aus technologischer Sicht, aber es handelt sich immer um Forschungsversuche. Hier hingegen handelt es sich um ein echtes kommerzielles Projekt, und zwar nicht in der Silicon Valley oder in einer europäischen Universität, sondern mitten in der Taiga am Polarkreis. Überraschenderweise schaffen gerade das riesige Land sowie die komplexen geografischen und klimatischen Bedingungen Voraussetzungen für Projekte, die die besten Forschungslabore übertreffen.
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 Firma Radiometer Physics GmbH und des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik. Die Signalfrequenz ist für die kommerzielle Nutzung nicht verfügbar.
- Mai 2016: im Bereich von 70/80 GHz, das gleiche Team, aber als neues Experiment bei Frequenzen, die für kommerzielle Projekte bereitgestellt wurden.
- November 2016: , Forschungszentrum Facebook Connectivity Lab,
- Januar 2019, , Testgelände von Deutsche Telekom mit Serienausrüstung von Ericsson, im Mai 2019 wurde die gleiche Verbindung auf dem gleichen Testgelände bereits auf 8 in Reihe skaliert, was etwa 100 Gbit/s ergab.
- August 2019, , Norilsker Betreiber „Единство“ mit Serienausrüstung von LLC „ДОК“ (Sankt Petersburg).
Eigentlich hätte es keinen Rekord für die drahtlose Kommunikation im Polarkreis gegeben, wenn nicht die Eisbewegung im Jenissei gewesen wäre. Die Vorgeschichte des Projekts ist folgende: Im Jahr 2017, nachdem die Betreiber der „großen drei“ sich geweigert hatten, die Kommunikation in Richtung Taymyr zu entwickeln, baute die PAO „GMK Norilsk Nickel“ auf eigene Kosten eine riesige Glasfaserleitung (VOLS) von Novy Urengoy bis Norilsk mit einer Kapazität von 40 Gbit/s über eine Länge von 956 km. Dies ist eine wirklich anspruchsvolle Strecke, die durch unwegsames Gelände führt, und die Bauarbeiter erhielten für diese Arbeit staatliche Auszeichnungen.
Ein Problem bei der Nutzung war der Übergang des 40-Gigabit-VOLS-Kabels über den Jenissei in Abwesenheit von Brücken; es wurde beschlossen, es über den Flussboden zu verlegen, wobei zur Sicherheit mehrere Kabel verlegt wurden. Doch die Eisbewegung kann die Optik leicht beschädigen. Zudem ist die Eisbewegung im Jenissei kein Ereignis, das nur einen Tag dauert, und während dieser Zeit sind keinerlei Reparaturen auf dem Wasser wegen der hohen Gefahr für Menschen erlaubt.
Neben den zusätzlichen Kabeln auf dem Grund des Jenissei wurde die Strecke mit einem drahtlosen Mikrowellenkanal von 1 Gbit/s über Telekommunikationsmasten auf beiden Seiten des Flusses in Igarka und dem Dorf Priluki reserviert (dieser Funkkanal ist auf dem oberen Foto sichtbar – große Schüssel). Aber was ist 1 Gbit/s, um den gesamten Industrieraum Norilsk im Falle einer Beschädigung der Optik zu versorgen ... – ein Tropfen in den Ozean. Daher begann der norilskische Betreiber „Yedinstvo“, der zur Struktur der PAO „GMK Norilsk Nickel“ gehört, im Herbst-Winter 2018-2019 mit den Planungsarbeiten zum Bau eines drahtlosen Kanals über den Jenissei mit einer Kapazität, die der der VOLS-Leitung nicht nachsteht.
Zu Überraschung der Experten von "Eedinstwo" hat kein einziger internationaler Telekommunikationsmarken Angebote zur Lieferung von Geräten für eine 40-Gigabit-Funkverbindung über eine Distanz von 11 km angenommen. Das liegt an der komplexen Kombination aus hoher Kanal-Kapazität und Reichweite. Moderne Seriengeräte mit einer Kapazität von 10 Gbit/s und mehr im Frequenzbereich von 70/80 GHz haben die Eigenschaft, eine sehr begrenzte Reichweite zu besitzen. Dies liegt daran, dass es bei komplexen Kodierungsschemata, wie QAM128 oder QAM256, welche nur in der Lage sind, eine Bandbreite von 10 Gbit/s und mehr zu liefern, schwierig ist, eine signifikante Sendeleistung zu gewährleisten. Strecken von 3-5 km sind einfach, aber bei 11 km wird die Signalabschwächung zu groß und es gelingt nicht, eine Verbindung im Standard 10GE herzustellen.
Die Herausforderung nahm ein heimischer Entwickler aus Sankt Petersburg an - . Das Unternehmen hatte bereits Entwicklungen von Funkbrücken, die die erforderliche Reichweite gewährleisteten. Vor diesem Projekt testeten sie einen Kanal mit 40 Gbit/s in Form von vier gemeinsam arbeitenden Funkbrücken zu je 10 Gbit/s auf ihrem 4 km langen Testgelände und waren sich sicher, dass es möglich ist, eine solche Kapazität zu erreichen. Doch in der Praxis hat noch nie jemand in der Telekommunikationsindustrie versucht, vier parallel arbeitende Funkbrücken zu je 10 Gbit/s über eine Distanz von 11 km zu installieren.
Nachdem sie von den globalen Marken Absagen erhalten hatten, war der Auftraggeber in der Person von der LLC „Eedinstwo“ ebenfalls unsicher, ob die heimischen Geräte das Projekt bewältigen würden. Daher wurde beschlossen, zunächst nur eine einzige Funkbrücke mit 10 Gbit/s über 11 km als Pilotprojekt zu installieren. Und wenn sie sich gut bewährt, wird die Aufgabe auf vier parallel arbeitende Funkbrücken ausgeweitet.
Technisch gesehen ist es nicht unbedingt erforderlich, 40 Gbit/s in einem einzigen Kanal über Luft oder Glasfaser zu übertragen. Es ist viel einfacher, Daten über mehrere parallele „Fäden“ von 10 Gbit/s zu übertragen. Netzwerkgeräte im Standard 10GE sind kostengünstiger und leichter verfügbar als Switches im Standard 40GE. Darüber hinaus bieten parallele „Fäden“ eine höhere Zuverlässigkeit für den gesamten Kanal.
Das Problem war jedoch, dass im Gegensatz zu optischen Kabeln, bei denen sich die Signale in parallelen Fasern nicht gegenseitig beeinflussen, bei Funkkanälen gegenseitige Störungen auftreten können, die bis zum vollständigen Ausfall der Verbindung führen. Dem wird durch die Anwendung verschiedener Signalpolarisationen und durch die Frequenztrennung der Signale entgegengewirkt. Doch das zu sagen ist viel einfacher als es "in Hardware" umzusetzen. Die Ingenieure aus St. Petersburg haben Schaltungstechniken auf großen Hochfrequenz-Mikrochips (MMIC, Monolithic Microwave Integrated Circuit) auf Basis von Galliumarsenid entwickelt und waren sich ihrer schaltungstechnischen Lösung sicher.
„Moderne Funkbrücken des 10GE-Standards werden weltweit mit käuflichen Hochfrequenz-Mikrochips hergestellt. In diesem Bereich ist es ineffektiv, eine vertikal integrierte Entwicklung zu führen, bei der alle technischen Prozesse in einem Unternehmen durchgeführt werden — von der Beschichtung der Hochfrequenz-Chips bis zur Montage der Komponenten in das fertige Produkt. Das ist vergleichbar mit vielen Unternehmen, die Computerplatinen auf der Basis von Chips von Intel und AMD herstellen. Allerdings erfordert die Einstellung von Hochfrequenz-Chips, die anschließende Signalverstärkung und deren Einspeisung in die Antenne besondere Expertise, und das ist eigentlich Gegenstand des Know-hows der Unternehmen“, kommentierte Valery Salomatov, Projektmanager von ООО „ДОК“.
Die Pilotfunkbrücke mit 10 Gbit/s des Modells PPC-10G-E-HP hat erfolgreich für einige Monate (Mai-Juni 2019) an Türmen entlang des Jenisseis gearbeitet. Sommerregen ist die schwierigste Zeit für die drahtlose Kommunikation im Millimeterbereich, da die Regentropfen mit der Wellenlänge vergleichbar sind (etwa 4 mm), was zu einer Signalabschwächung führt. Im Winter gibt es dieses Problem nicht, da Schneeflocken, ebenso wie Nebel und Rauch, radio-transparent für die drahtlose Kommunikation im 70/80 GHz-Bereich sind.
Die Funkbrücke mit 10 Gbit/s von ООО „ДОК“ hat sich den Wetterbedingungen und der Entfernung angepasst, woraufhin basierend auf der Statistik der Verfügbarkeit der Leitung vom Betreiber „Единство“ die Entscheidung getroffen wurde, auf 4 parallele drahtlose Kanäle mit jeweils 10GE zu erweitern. Die Montage wurde von Fachleuten des Unternehmens „Единство“ durchgeführt, die sich selbstständig mit den Feinheiten der Einstellung anhand der Ausrüstungsanleitungen vertraut gemacht haben. Ende Juli 2019 wurde die Funkbrücke
mit 40 Gbit/s (4x 10 Gbit/s) über den Jenissei in Anwesenheit des Montagechefs von ООО „ДОК“ in Betrieb genommen.
Quelle: habr.com
