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 Fixed Wireless Access (FWA) на 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.
Устройства FWA 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 FWA 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 (по состоянию на 20022) 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 FWA 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 85K 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 500 Mbps ( ограничено ппс) в канале 80 МГц. При этом в тестах ( пакеты UDP) в лабораторных и полевых условиях помех в канале 80 МГц обеспечивается скорость 640 Mbps.
Устройство PTP550E ( 125K pps) 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 FWA чипсете 802.11ax ( Wi-Fi 6)
выполненные на платформе Atheros -Quallcom имеют 4-х ядерный процессор ARM с двухядерным ускорителем Network Subsystem packet acceleration (NSS) и пакетную производительность на реальном трафике более 200K pps. На данной платформе реализованы новейшие высокотехнологичные устройства Cambium Network ePMP Force 400C/425/4525/4600.
Данное оборудование может работать на модуляции 1024QAM 5/6 в канале 20/40/80 МГц. Пакетная производительность данных устройств составляет 450K pps.
Пропускная способность реального пользовательского трафика этих устройств совпадает с максимальной скоростью синтетического трафика в лабораторных и полевых тестах и составляет 1Gbps в канале 80 МГц и более 1.7 Gbps в канале 160 МГц.
Важной особенностью оборудования 802.11ax является использование радиосигнала с 256 поднесущими (256 FFT) , 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 на пропритарных ASIC радиочипсетах
К данному типу относятся прежде всего устройства Ubiquiti AirFiber AF5X HD (для линков точка-точка ), а также Ubiquiti LTU-Rocket (точка-многоточка).
Спецификой данного типа устройств является использование проприетарной платформы LTU ASIC (не SDR) производства Ubiquiti Networks.
Радиочипсет LTU не относится к классу Wi-Fi и радиосигнал LTU в отличие от Wi-Fi и SDR имеет всего ОДНУ несущую, как у радиорелейных станций, и НЕ является современным и эффективным сигналом OFDM c большим количеством поднесущих.
Это означает, что радиосигнал (и радиоканал в целом) AF5X HD имеет низкую устойчивость к интерференции (помехозащищенность) к переотражениям собственного радисигнала от подстилающей поверхности и к внешним помехам в рабочем канале от станций постановки помех, основанных на использовании генератора шума, и интерференции от рядом работаюших устройств Fixed Wireless Access (FWA) с сигналом OFDM с большим (от 64 до 1024) количеством поднесущих.
Тем самым, радиолинк на AF5X HD плохо (неудовлетворительно) работает в условиях NearLOS (отсутствие прямой видимости, но с наличием оптической видимости, то есть частично перекрыта зона Френеля) и не работает в условиях NLOS - нет оптической видимости. Также такой радиоканал на AF5X HD практически не работает на линках над водой с мощными переотражениями собственного радиосигнала от водной поверхности.
По спецификациям AF5X HD поддерживает максимальную модуляцию 4096QAM c высоким data rate порядка 3 Gbps в канале шириной 100МГц. Однако работа на такой высокой модуляции из-за крайне высоких требований к SNR ( отношение сигнал/шум), а точнее к CINR - отношение сигнал/ (шум+интерференция) в реальных услових практически невозможна и максимальная пропускная способность данного устройства на модуляции 1024QAM в канале 100 МГц в идеальных условиях (LOS и полное отсутвие помех) не превышает 1 Gbps.
Более того, декларируемая высокая пакетная производительность данного устройства не соответствует действительности, и из-за недостаточной производительности аппаратной платформы и отсутствия аппаратного ускорителя операций ввода-вывода (packet acceleration) практический потолок реальной пропускной способности на реальном трафике ( например доступ в Интернет нескольких сотен пользователей) не превышает 550-600 Mbps.
Устройства на SDR радио
Помимо стандартных 802.11 радиочипсетов Wi –Fi в устройствах FWA, 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 Networks имеет высокую производительность по пропускной спосонобности ( скорости передаче данныых) , в том числе самую высокую в оборудовании FWA пакетную производительность - пропускную способность пакетов данных, измеряемая количеством передаваемых пакетов в секунду packet per sec (pps). Данное оборудование также обеспечивает высокую надежность канала связи, измеряемую ошибками в канале Bit Error Rate, не хуже BER =1E-5/1E-6. Реальная максимальная пропускная способность оборудования 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 частичном и полном отсутствии прямой видимости NearLOS/NLO , имеет повышенную помехоустойчивость к внешним помехам и переотраженным от препятствий собственнымм радиосигналам, и в том числе обеспечивает эффективную работу на линках над водой.
Оборудование PTP450i/PTP670 широко применеяется в корпоративных сетях предприятий критической инфраструктуры, в системах управления и связи на объектах оборонного сектора, в телекоммуникационных сетях с повышеными требованиями к надежности и стабильности каналов связи в самых сложных условиях эксплуатации, том числе при помехах.
В Таблице предствлено оборудование Сambium Networks 5GHz и 6GHz для построения каналов точка-точка в диапазоне частот 4900-5950 MHz и 5725-7125MHz.
Для построения каналов связи с реальной пропускной способностью ( трафик Интернет от сотен клиентов) до 150 Mbps рекомендуется применять оборудование серии ePMP Force 200.
Для построения каналов связи с реальной пропускной способностью до 500 Mbps рекомендуется применять оборудование серии ePMP Force 300 .
Для построения каналов связи с реальной пропускной способностью до 1 Gbps рекомендуется применять оборудование PTP550E (ширина канала 80+80 МГц) , ePMP Force 400С/425/4525 (ширина канала 80 МГц).
Для построения каналов связи с реальной пропускной способностью до 2 Gbps рекомендуется применять оборудование ePMP Force 4625/4600С в дипазоне частот 5925-7125 МГц c шириной кагала 160 МГц.
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 офицально разрешено ( лицензируется для коммерческих потребителей) использование каналов связи с шириной канала 5/10/20/40 МГц.
В разрешнном 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 4525 (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.
Максимальная реальная пропускная способность оборудования для некоммерческих потребителей НЕ ОГРАНИЧЕННА разрешенными частотами и шириной канала и составляет на дальности до 50 км:
- Force 400CSM, Force 425, Force 4525 (802.11ax) 900 Mbps,
- 5925-7125 MHz, Force 4625, Force 4600C ( 802.11ax) - 1.8 Gbps,
- PTP550E (802.11ac wave 2) в бондинге 2-х каналов по 40 МГц 1200 Mbps,
- PTP 450i (SDR) 280 Mbps,
- PTP670 (SDR) 450 Mbps.
Настройка линка на оборудовании Cambium Networks
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 Force 425 в канале шириной 80 МГц на реальном коммерческом трафике 900 Mbps Mbps на дальности 10 км.
Уровень помех на всех частотных каналах оборудования можно посмотреть в меню Tools-Spectrum Analyzer.
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).
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.
Инструкция по конфигурации и настройке линка на Force 400C/425/4525 Installation_Force_400