Wireless Backhaul

      Для поcтроения каналов точка-точка в диапазоне 5 ГГц применяется оборудование на платформах Wi-Fi стандартов 802.11n/ac/ac wave2/ax, а также проприетарных  BWA  радиочипсетах Software Defined Radio (SDR) и ASIC с применением синхронных TDD  и асинхронных протоколов поддержки дуплекса.

         В Таблице представлены данные по пропускной способности наиболее популярного  оборудования, используемого для построения каналов точка-точка  в диапазоне частот 5 ГГц 

P2P_solution

   Устройства  BWA (ШБД)  на чипсете 802.11n

обычно выполнены на аппаратной платформе SOC Atheros AR9344.  Отличия в hardware   разных производителей такого оборудования состоит в  основном в используемых компонентах, в частности  в  усилителях   передатчика радиосигнала,  питании, грозозащите и др. Основное отличие состоит в ПО, в частности, в используемых проприетарных протоколах доступа, -  синхронного  TDD/TDMA    ePMP Cambium Networks, асинхронных  Nstreme/ NV2  Mikrotik и Airmax   Ubiquiti.

          Все устройства 802.11n  данных вендоров  обеспечивают в канале шириной 40МГц примерно одинаковую максимальную  скорость 220 Mbps UL+DL в дуплексе ( примерно 200+ Mbps    в Download  симплекс), достижимую в  лабораторных условиях в тесте на синтетическом трафике пакетами  UDP фиксированной длины 1500 байт. В тесте на пакетах TCP максимальная скорость на 10-15%  меньше.

            На практике реальный трафик  состоит из пакетов разной длины со средней длиной пакета примерно 800-900 байт. Аппаратная платформа SOC Atheros AR9344 имеет низкую пакетную производительность – порядка 27  тыс.  пакетов в сек. (27K pps), поэтому пропускная способность оборудования 802.11n на реальном пользовательском трафике ограничена скоростью примерно в 150-160 Mbps.

          На практике на скорость в канале связи влияют также помехи. И здесь важную роль играет эффективность протокола доступа. Исходя из практики эксплуатации протокол TDD/TDMA  Cambium Networks является наиболее помехоустойчивым и позволяет получить значительно более высокую, чем оборудование других вендоров,  реальную  скорость передачи данных в условиях внешних помех и помех от переотражений собственного радиосигнала от препятствий на трассе линка ( условия NearLOS). 

           Устройства  BWA (ШБД)  на чипсете 802.11ac

выполнены  также на SOC Atheros на процессорах архитектуры   MIPS, например  - UBNT Rocket 5AC, Mikrotik SXT 5AC, NetMetal 5,  а также 4-х ядерном процессоре ARM Atheros IPQ 4018,  например,  Mikrotik LHG 5АС.

          Оборудование на чипсете 802.11ac поддерживает более высокую модуляцию 256QAM5/6, каналы 20, 40 и 80 МГц  и обеспечивает в канале шириной 40/80 МГц максимальную  скорость 320/640 Mbps UL+DL в дуплексе (примерно 300/600+ Mbps   в Download  симплекс), достижимую исключительно в  лабораторных условиях в тесте на синтетическом трафике.

          Аппаратная платформа 802.11ac Atheros  MIPS  имеет пакетную производительность – порядка 35K pps. Данная цифра соответствует суммарной пакетной производительности на реальном трафике с агрегацией, выполняемых аппаратно A-MSDU радиочипсетом 802.11ac, и фрагментацией, выполняемой процессором  без поддержки аппаратным ускорителем, отсутствующем на платформе Atheros  MIPS.

    Из за ограниченной пакетной производительности пропускная способность оборудования 802.11ac  на платформе  MIPS на реальном пользовательском трафике в ДВА-ТРИ раза меньше скорости в лабораторных и полевых тестах и составляет всего  220-230 Mbps.

          Аппаратная платформа 802.11ac Atheros на 4-х ядерном  процессоре ARM благодаря наличию аппаратного ускорителя   имеет более высокую пакетную производительность. Однако на данной платформе из BWA производятся  только устройства  Mikrotik  типа  LHG 5AC, для которых компания Mikrotik вплоть до настоящего времени не смогла реализовать эффективную работу протокола  Nv2, что не позволяет на данном оборудовании  достигнуть скорости передачи данных свыше 200  Mbps.

         Тем самым, практический потолок пропускной способности реального пользовательского трафика  оборудования 802.11ac, а именно  UBNT 5AC  и Mikrotik 5AC составляет 220-230 Mbps  как в  канале 40 МГц,  так и в канале 80МГц.

      Cambium Networks не производит оборудование BWA на платформе 802.11ac.

            Устройства  BWA (ШБД)  на чипсете 802.11ac wave 2

 выполнены  на SOC Atheros  на 4-х ядерном  процессоре ARM.  На данной платформе из большой тройки вендоров ( UBNT, Mikrotik, Cambium Networks) в настоящее время имеет оборудование  только  Cambium Networks.  UBNT и Mikrotik  на данной платформе устройств   BWA ( не путать с Wi-Fi точками доступа) не производят.

       Аппаратная платформа 802.11ac wave 2  Atheros на 4-х ядерном  процессоре ARM   имеет  аппаратный ускоритель  Network Subsystem (NSS)  packet processing acceleration и  поэтому более высокую пакетную производительность на реальном трафике порядка 65K pps на устройствах  Cambium серии  ePMP Force 300   и 125K pps на более производительной платформе ARM  на устройстве Cambium PTP550E.

      Практический потолок пропускной способности реального пользовательского трафика  оборудования 802.11ac wave 2, а именно  устройств серии ePMP Force 300,  составляет 320 Mbps в канале 40МГц и 450-500 Mbps в канале 80 МГц. При этом в  тестах в лабораторных и полевых условиях  в канале 80 МГц обеспечивается скорость 640 Mbps.

    Устройство PTP550E  имеет  в канале 80 МГц пропускную способность на реальном пользовательском трафике 600+  Mbps, а в бондинге двух каналов 2 x80 МГц – более 1.2 Gbps.

      Устройства 802.11ax ( Wi-Fi 6)  на платформе Atheros 

имеют  4-х ядерный  процессор ARM с  двухядерным ускорителем  Network Subsystem  packet processing acceleration (NSS) и пакетную производительность на реальном  трафике более 200K pps. На данной платформе реализованы новейшие высокотехнологичные устройства  Cambium Network  ePMP Force 400C/425

    Данное оборудование может работать на модуляции 1024QAM 5/6 в канале 20/40/80 МГц. Пропускная  способность реального пользовательского трафика этих  устройств совпадает с максимальной  скоростью синтетического трафика в лабораторных и полевых тестах и составляет 1 Gbps в канале 80 МГц.

   Важной особенностью оборудования 802.11ax является использование радиосигнала с 256 поднесущими, что обеспечивает работу  при отсутствии прямой видимости NLOS ( при наличии достаточной энергетики сигнала),  имеет повышенную помехоустойчивость к внешним помехам и переотраженным радиосигналам,  в том числе обеспечивает эффективную работу  на линках над водой.

         Устройства SDR      

Помимо  стандартных 802.11 радиочипсетов  Wi –Fi в устройствах  BWA , в том числе для линков точка-точка, используется нестандартное (проприетарное ) радио, выполненное на микросхемах  FPGA, так называемое  SDR ( Software Defined Radio).  На SDR  базируется BWA оборудование  Cambium PTP450i, PTP670  и другое оборудование серии PTP, PMP (кроме  PTP550E).

    Платформа  SDR  Cambium имеет высокую производительность, в том числе пакетную производительность. Данное оборудование обеспечивает высокую надежность канала связи, измеряемую ошибками в канале не хуже BER =1E-5/1E-6.  Реальная максимальная пропускная способность оборудования в полной мере соответствует спецификациям в самых сложных условиях трассы линка и помеховой обстановке.

         Важной особенностью оборудования  PTP450i/ PTP670 является использование радиосигнала с 512/1024 поднесущими, что обеспечивает работу канала связи  при отсутствии прямой видимости NLOS (при наличии достаточной энергетики сигнала),  дает повышенную помехоустойчивость к внешним помехам и переотраженным радиосигналам, в том числе обеспечивает эффективную работу  на линках над водой.

         Из нестандартного оборудования  для линков  точка-точка также выделяется устройство UBNT AF5X HD, выполненное на проприетарной аппаратной ASIC платформе LTU собственной разработки   Ubiquiti. Оборудование может работать на модуляции 1024QAM 5/6 в канале 20/40/80/100 МГц. По спецификациям оборудование имеет высокую пакетную производительность и демонстрирует высокую скорость до 1Gbps в 100МГц  в тестах в  лабораторных условиях.  Однако на практике реальная скорость AF5X HD  сильно зависит от условий видимости LOS/NearLOS на трассе линка (особенно в условиях переотражений на линках над водой)  и помеховой обстановки вследствие того, что в устройстве используется радиосигнал с одной несущей. Кроме того, из-за недостаточно высокой производительности процессора LTU  практический потолок AF5X HD на реальном пользовательском трафике составляет всего 550 Mbps в канале 100 МГц.

     В Таблице предствлено оборудование Сambium  Networks   5GHz для построения каналов точка-точка в диапазоне частот 5 ГГц.

PTP Solution Cambium

    Для построения каналов связи с реальной пропускной способностью до 150  Mbps рекомендуется применять оборудование серии ePMP Force 200.

    Для построения каналов связи с реальной пропускной способностью до  400-500  Mbps рекомендуется применять оборудование серии ePMP Force 300 .

   Для построения каналов связи с реальной пропускной способностью 500Mbps -1 Gbps   рекомендуется применять оборудование  PTP550E, ePMP Force 400С/425.

    Оборудование PTP450i, PTP670   применяется при сложных условиях видимости на трассе линка, в условиях сильных помех, а также для построения линков  с повышенными требованиями к надежности каналов связи. 

      В Украине в 5 ГГц разрешено использование каналов связи с шириной канала 5/10/20/40 МГц.

В канале 40 МГц оборудование Cambium Networks обеспечивает максимальную  реальную пропускную способность:

- Force 200, Force 200L  (802.11n)  150 Mbps,

- Force 300-25, Force 300-25L, Force 300 CSM, Force 300 CSML (802.11ac wave 2)   300 Mbps,

- Force 400CSM, Force 425, Force 425RE (802.11ax) 500  Mbps,

- PTP550E (802.11ac wave 2)   в бондинге 2-х каналов по 40 МГц  600 Mbps,

- PTP 450i (SDR) 280 Mbps,

- PTP670 (SDR)  400 Mbps.

     Настройка линка на оборудовании Cambium Networks 

      Следует отметить что выше указаны максимальные  скорости линка  при  работе  оборудования на максимальных модуляциях, например для ePMP Force 425 это MCS11 ( 1024QAM5/6),    для ePMP Force 300 и PTP550E - MCS9 ( 256QAM).

    Если оборудование работает по факту на более низших модуляциях, то скорость передачи будет меньше и соответствовать текущей рабочей модуляции  в Downlink  и Uplink.

     Причины понижения рабочей модуляции на реальном линке  всего две.

а) Недостаточная для работы на максимальной  модуляции энергетика линка . Т.е. недостаточный  по мощности для работы на данной модуляции сигнал RSSI.

     Для каждой модуляции есть свой порог чувствительности приемника Rx. Если  сигнал RSSI < Rx для определенной модуляции, то система не сможет  работать на этой модуляции. Например для работы на модуляции 1024QAM 5/6 сигнал RSSI должен быть выше порога чувствительности Rx= -57dBm

Причин недостаточности энергетики линка для работы на максимальной модуляции может  несколько

- усиление антенны не соответствует дальности линка. Рассчитать рабочую модуляцию и скорость линка на опеределенной дальности с учетом рельефа трассы линка можно с помощью утилиты Cambium LinkPlanner, которую после регистрации можно скачать с официального сайта www.cambiumnetworks.com.

      Например, расчетная мощность сигнала RSSI  c антенной с усилением 25 dBi на  дальности 15 км в условиях LOS  составляет -55 dBm. Если фактически полученная мощность сигнала RSSI  меньше расчетной более чем на 5  dB, то нужно точнее отъюстировать антенны, либо используются  некачественные ( с большими потерями)  пигтейлы, которые следует заменить пигтейлы  заводского изготовления.

б) сильные помехи,что не обеспечивают достаточный  для работы на данной модуляции отношение мощности сигнала  RSSI к мощности помехи - Сarrier/Interference ( C/I).

    Для каждой модуляции есть свой порог  требуемого  C/I.  Если  C/I  для определенной модуляции  меньше требуемого соотношения сигнал/помеха, то система не сможет  работать на этой модуляции. Например для работы на модуляции 1024QAM 5/6  на оборудовании Force 425 отношение C/I  должно быть не менее 36 dB. Например, если уровень мощности помехи на стороне Slave  составляет -85 dBm, то для работы оборудования в Downlink на модуляции 1024QAM5/6 на стороне Slave уровень DL RSSI должен  быть не менее -85-36= -49 dBm. Крайне желательно иметь некоторый запас порядка 3 dB ( Fade Margin),  поэтому для работы  оборудования при помехе в рабочем канале на стороне  Slave -85  dBm на DL 1024QAM5/6 и получения в Downlink макcимальной скорости следует иметь сигнал на стороне Slave DL RSSI=  -49 dBm.

 Отношение C/I мощности сигнала C к мощности помехи I   можно увеличить либо повышением мощности сигнала путем повышения мощности передатчика и применением антенн с большим усилилением, либо уменьшением мощности помехи  путем перестройки частоты рабочего канала в более чистый участок частного спектра с  низкими помехами. 

   На оборудовании Cambium  рабочие модуляции и уровни потерь пакетов можно можно посмотреть в меню Monitor -Performance. Для этого следует сбросить все счетчики и сделать  Link Test. Для получения максимальной реальной скорости передачи данных  процент количества  переданных пакетов  на высшей модуляций должен составлять не менее 90%.

      На скрине представлена статистика  распределения  Downlink и Uplink рабочих модуляций на оборудовании Cambium PTP550  в канале шириной 80 МГц на реальном коммерческом трафике 450+ Mbps на дальности 6 км.

 

Monitor

       Уровень  помех на всех частотных каналах оборудования можно посмотреть в меню Tools-Spectrum Analyzer.

SA

   На скрине показана скорость реального пользовательского трафика (400+ дворов частного сектора  )  на 9км магистральном канале  (аплинк)   в поселок на оборудовании  Force 425 в условиях умеренных помех (скрин  SA представлен выше) на модуляциях MCS11/MCS10 ( 1024QAM).

Traffic

    Оборудование Cambium Networks сертифицировано, имеет Декларацию и знак соответcтвия требованиям  "Технического регламента радиооборудования" согласно постановлению КМУ №355 от 24.05.2017  и внесено в Реестр РЭС, разрешенных к использованию в Украине.