Datenfunkstrecken über größere Entfernungen

Transcription

Datenfunkstrecken über größere Entfernungen –
Technik, Produkte, Reichweiten, Kosten
Vertiefungsarbeit
von
Oliver Töpfer
aus Schönau
BERUFSAKADEMIE LÖRRACH
– STAATLICHE STUDIENAKADEMIE –
UNIVERSITY OF COOPERATIVE EDUCATION
Ausbildungsbereich Wirtschaft
Betreuende(r) Dozent(-in):
Abgabetermin:
Kurs:
Fachrichtung
Unternehmen
Prof. Gerhard Staib
28.07.2003
WWI01B
Kommunikationsarchitekturen
Stiegeler Computer Service GmbH & Co. KG
Datenfunkstrecken über größere Entfernungen Seite 1
EINLEITUNG
Ehrenwörtliche Erklärung
Ich versichere hiermit, dass ich meine Vertiefungsarbeit mit dem Thema
Datenfunkstrecken über größere Entfernungen – Technik, Produkte, Reichweiten, Kosten
selbstständig verfasst und keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt
habe.
Schönau, 27.07.03
EINLEITUNG
Kurzfassung
Funkstrecken sind eine Möglichkeit, Daten über größere Entfernungen zu transportieren. Viele
Unternehmen sind in der heutigen Zeit nicht länger lokal auf einen Standort begrenzt. Trotz der
schwierigen Wirtschaftslage expandieren immer mehr Betriebe, so dass neue Standorte erschlossen werden; andere Firmen werden übernommen und in bestehende Gesellschaften eingegliedert.
Diese Standorte müssen nun aber auch an die dort bereits bestehende IT- Infrastruktur und die
vorhandenen Netzwerke angeschlossen und integriert werden.
Sofern es die Entfernungen zulassen, sind für diesen Fall Richtfunkanlagen eine Alternative zu
kostenintensiven Wähl- bzw. Mietleitungen. In dieser Vertiefungsarbeit sollen eben diese Alternativen aufgezeigt und die dazugehörende Technik näher erläutert werden. Als Technologien
kommen hier die Erweiterung des typischen WLANs nach IEEE802.11b, Richt- bzw. Bündelfunkanlagen und deren Konkurrenten HiperLAN/2 bzw. die optische Freiraumübertragung via
Laser zur Sprache. Die Vorstellung mehrerer Produkte der jeweiligen Technik und deren Kosten
runden die Arbeit ab.
Aufgrund des getroffenen Fazits soll dem Leser die Entscheidung erleichtert werden, welche
Technik für seinen Betrieb in Frage kommt und mit welchen Kosten er bei der tatsächlichen
Realisierung zu rechnen hat.
EINLEITUNG
Inhaltsverzeichnis
Seite
Ehrenwörtliche Erklärung...................................................................................2
Kurzfassung.........................................................................................................3
Abkürzungsverzeichnis ......................................................................................6
Abbildungsverzeichnis .......................................................................................6
Tabellenverzeichnis.............................................................................................6
1
Einleitung ....................................................................................................6
1.1
1.2
1.3
1.4
Motivation ...............................................................................................................6
Problemstellung und -abgrenzung .......................................................................6
Ziel der Arbeit .........................................................................................................6
Vorgehen .................................................................................................................6
2
Grundlagen..................................................................................................6
2.1
2.2
2.3
Richtfunkcharakteristik..........................................................................................6
Die Fresnel- Zone ...................................................................................................6
Rechtliche Grundlagen des Richtfunks ...............................................................6
3
Lösungsansätze..........................................................................................6
3.1
WLAN – Erweiterung der 802.11b Standardprodukte..........................................6
3.1.1 Technik..........................................................................................................6
3.1.1.1 Übertragung durch FHSS.......................................................................................... 6
3.1.1.2 Übertragung durch DSSS ......................................................................................... 6
3.1.1.3 Zugriffssteuerung auf physikalischer Ebene ............................................................. 6
3.1.2 Produkte im Vergleich ...................................................................................6
3.1.2.1
3.1.2.2
3.1.2.3
3.1.2.4
3.2
Artem…. .................................................................................................................... 6
SMC…....................................................................................................................... 6
LANCOM- Systems ................................................................................................... 6
Dlink…....................................................................................................................... 6
3.1.3 Praktisches Anwendungsbeispiel BA Lörrach...............................................6
3.1.4 Zusammenfassung .......................................................................................6
Mikrowellenrichtfunksysteme ...............................................................................6
3.2.1 Technik..........................................................................................................6
3.2.1.1 Betriebsarten ............................................................................................................. 6
3.2.1.2 Datenübertragung ..................................................................................................... 6
3.2.2 Produkte im Vergleich ...................................................................................6
3.2.2.1 GoC 2x2, 4x2 und 34+2 Mbps .................................................................................. 6
3.2.2.2 GoC 155+2 Mbps ...................................................................................................... 6
3.2.2.3 TeleNetWork 155+2 Mbps ........................................................................................ 6
3.3
3.2.3 Zusammenfassung .......................................................................................6
Vergleich mit anderen Technologien ....................................................................6
3.3.1 HiperLAN/2 ...................................................................................................6
3.3.1.1 Technik …………………………………………………………………………………….6
3.3.1.2 Produkte .................................................................................................................... 6
3.3.1.3 Zusammenfassung.................................................................................................... 6
3.3.2 Optische Freiraumübertragung via Laser .....................................................6
3.3.2.1 Technik...................................................................................................................... 6
EINLEITUNG
3.3.2.2
3.3.2.3
3.3.2.4
3.3.2.5
3.3.2.6
4
Produkte .................................................................................................................... 6
LaserBit Pico System ................................................................................................ 6
LaserBit Pinto System ............................................................................................... 6
LaserBit LB-5000E100 .............................................................................................. 6
Zusammenfassung.................................................................................................... 6
Fazit und Ausblick ......................................................................................6
Quellenverzeichnis..............................................................................................6
EINLEITUNG
Abkürzungsverzeichnis
BMPT
Bundesministerium für Post und Telekommunikation
CSMA/CA
Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance
DSSS
Direct Sequence Spread Spectrum
EIRP
Effective Isotropic Radiated Power
ETSI
European Telecommunications Standard Institute
FHSS
Frequence Hopping Spread Spectrum
Gbps
GigaBit pro Sekunde
IEEE
institute of electrical and electronical engineers
Normierungsg- und Standardisierungsgremium amerikanischer Ingenieure
ISM-Band
Industrial Scientific Medical- Band (2,4 GHz Band, lizenzfrei)
IU
Indoor Unit (bei Richtfunkprodukten)
LAN
Local Area Network
MAN
Metropolitan Area Network
Mbps
MegaBit pro Sekunde
OU
Outdoor Unit (bei Richtfunkprodukten)
RegTP
Regulierungsbehörde für Telekommunikation und Post
RiFu
Richtfunk
RLAN
Radio LAN – lokales Netzwerk mit Funkanbindung
WAN
Wide Area Network
WLAN
Wireless LAN
EINLEITUNG
Abbildungsverzeichnis
Seite
Abbildung 1: Richtfunkcharakteristik einer Antenne ..................................................... 13
Abbildung 2: Aufbau der Fresnel- Zone ........................................................................ 14
Abbildung 3: Meldebogen der RegTP........................................................................... 16
Abbildung 4: Funktionsweise des FHSS....................................................................... 18
Abbildung 5: Funktionsweise des DSSS ...................................................................... 19
Abbildung 6: Artem ANT-TNC-B-D-TX060-RX300........................................................ 20
Abbildung 7: SMC Antenne SMCANT-D135................................................................. 21
Abbildung 8: LANCOM-Systems Antenne Airlancer Extender O-30............................. 23
Abbildung 9: LANCOM-Systems Antenne Airlancer Extender O-70............................. 24
Abbildung 10: Dlink Antenne ANT24-0801 ................................................................... 25
Abbildung 11: Anbindung KBC an die BA ..................................................................... 27
Abbildung 12: Reine Punkt-zu-Punkt- Verbindungen ................................................... 30
Abbildung 13: Richtfunkstrecken über Hopping-Points ................................................ 30
Abbildung 14: QAM....................................................................................................... 31
Abbildung 15: 16QAM................................................................................................... 32
Abbildung 16: GoC 2x2, 4,x2, 34+2 Mbps Richtfunksystem......................................... 33
Abbildung 17: GoC 155+2 Mbps SYstem ..................................................................... 34
Abbildung 18: TeleNetWork 155+2 Mbps System ........................................................ 35
Abbildung 19: der HiperLAN/2 Standard....................................................................... 37
Abbildung 20: OFDM- Verfahren .................................................................................. 38
Abbildung 21: LaserBit Pico System............................................................................. 41
Abbildung 22: LaserBit Pinto System ........................................................................... 42
Abbildung 23: LaserBit LB-5000E100........................................................................... 42
EINLEITUNG
Tabellenverzeichnis
Seite
Tabelle 1: Produktdetails Artem .................................................................................... 21
Tabelle 2: Produktdetails SMC...................................................................................... 22
Tabelle 3: Produktdetails LANCOM O-30 ..................................................................... 24
Tabelle 4: Produktdetails LANCOM O-70 ..................................................................... 25
Tabelle 5: Produktdetails Dlink...................................................................................... 26
Tabelle 6: Reichweiten WLAN ...................................................................................... 28
Tabelle 7: Produktdetails GoC 2x2, 4x2, 34+2 Mbps.................................................... 33
Tabelle 8: Produktdetails GoC 155+2 Mbps ................................................................. 34
Tabelle 9: Produktdetails TeleNetWorks ....................................................................... 35
Tabelle 10: Produktdetails Pico..................................................................................... 41
Tabelle 11: Produktdetails Pinto.................................................................................... 42
Tabelle 12: Produktdetails LB-5000E100...................................................................... 43
EINLEITUNG
1 Einleitung
Das Verlegen von Kabeln um ein Netzwerk aufzubauen ist oftmals mit enormen Kosten sowohl
in finanzieller als auch in zeitlicher Hinsicht verbunden. Nicht selten kommen dazu noch weitere
Einschränkungen wie der Denkmalschutz z.B. bei historischen, geschützten Gebäuden. Deutlich
schwieriger gestaltet sich die ganze Sache, wenn es sich dabei nicht um eine gebäudeinterne
Vernetzung handelt, sondern zwei Gebäude grundstücksübergreifend zur Verbindung des LANs
vernetzt werden sollen. Konventionell fallen hier Erdarbeiten an, die den Aufwand in die Höhe
treiben. Nicht selten ist dieser Aufwand nicht zu realisieren, da die Entfernungen zwischen den
Komplexen mehrere Kilometer betragen. Eigenständige Verkabelungen können in diesem Fall
vollkommen ausgeschlossen werden.
Hier bieten sich grundsätzlich nun zwei Alternativen: Zum einen Wählverbindungen oder Standleitungen über das Telefon- und Datenkommunikationsnetz zum Beispiel der Dt. Telekom oder
aber als zweite mögliche Lösung die drahtlose Kopplung der LANs, auf die in dieser Vertiefungsarbeit näher eingegangen werden soll, um diese Art der Datenübertragung näher vorzustellen.
Statt durch ein Kabel (wie bei der traditionellen Verkabelung und bei Standleitungen) werden die
Daten innerhalb des Systems durch die Luft zum Empfänger gesendet und dort ins LAN übertragen.
Vorraussetzung ist eine Punkt-zu-Punkt Verbindung (PP- Verbindung) zwischen den beiden Seiten. Allerdings stehen verschiedenste Technologien zur Übermittlung der Daten zwischen den
beiden Systemen zur Verfügung. Somit ist es nicht nur mit der Auswahl eines Systems und der
Sende- und Empfangsanlagen getan. Erfüllt das gewählte System überhaupt die Anforderungen
meines Unternehmens? Besitzt es die notwendige Bandbreite oder Reichweite? Was kostet mich
die Anbindung meiner Außenstelle? Und welche Vorraussetzungen sollte man beachten? Um
diese Fragen beantworten zu können, muss man sich mit den verschiedenen Techniken eingehend befassen.
EINLEITUNG
1.1
Motivation
Sowohl externe IT- Dienstleister aus Systemhäusern oder Consultingunternehmen, als auch interne Netzwerkadministratoren stehen oft vor der Frage, was sie expandierenden Firmen und deren Geschäftsführern raten sollen, die Ihre lokalen Standorte miteinander vernetzen wollen. Da
es unzählige Anbieter und noch mehr Lösungen auf dem Markt gibt um dies zu bewerkstelligen,
ist es dringend notwendig, sich einen Überblick über die bestehenden Möglichkeiten zu verschaffen. Bei all der Komplexität der Produkte und deren begeisternden Leistungen dürfen aber
auch die damit verbundenen Kosten nicht vergessen werden, da diese bei der Realisierung von
Projekten immer noch eine - oder sogar die - Hauptrolle spielen; gerade in wirtschaftlich eher
schwierigen Zeiten wie heute. Deswegen ist es wichtig, zukunftssichere, flexible aber richtig dimensionierte Lösungen zu installieren.
1.2
Problemstellung und -abgrenzung
Diese Vertiefungsarbeit befasst sich mit den grundsätzlichen Möglichkeiten, Datenfunkstrecken
über größere Entfernungen zu realisieren. Dabei werden Lösungen mit einer maximalen Reichweite von (heutzutage) 40 Kilometern betrachtet. Keine weitere Beachtung finden Weitbereichsdatenübertragungsnetze wie GSM oder UMTS, obwohl in diesen Übertragungen in deutlich
größerem Umkreis möglich sind. Diese Netze werden im Rahmen weiterer Vertiefungsarbeiten
behandelt. Außerdem liegt der Schwerpunkt dieser Arbeit darauf, einen möglichst abgerundeten
Überblick über die vorgestellten Technologien und vorhandenen Produkte zu geben. Die Technik
der einzelnen Technologien wird nur so tief erklärt, wie sie zum Grundverständnis benötigt wird.
1.3
Ziel der Arbeit
Ziel dieser Arbeit ist es, dem Leser einen grundsätzlichen Überblick über die zur Verfügung stehenden Technologien und deren Kosten zu geben, die es gestatten, Daten über eine bestimmte
größere Entfernungen zu übertragen. Nach Studium der Arbeit soll es dem Leser möglich sein,
ansatzweise entscheiden zu können, für welche Einsatzgebiete welches Konzept eine adäquate
Lösung ist.
Es wird nicht der Anspruch erhoben, eine vollständige Zusammenfassung über die jeweilige
Technik zu liefern, da dies den Rahmen der Vertiefungsarbeit sprengen würde.
EINLEITUNG
1.4
Vorgehen
In Kapitel 2 werden die grundsätzlichen Charakteristiken der Richtfunktechnologie und Vorraussetzungen und Anforderungen angesprochen.
Im dritten Kapitel werden dann konkrete Lösungsansätze angesprochen. Hauptsächlich werden
hier Technik und Erweiterungen des 802.11b Standards mit der des traditionellen Mikrowellenrichtfunks verglichen. Der Vollständigkeit halber werden danach weitere Ideologien angesprochen, die ebenfalls den Anspruch haben, Daten über größere Entfernungen übertragen zu können.
Im Speziellen sind dies HiperLAN/2 und die optische Freiraumübertragung via Laser. Alle Verfahren werden im Hinblick auf Bandbreite, Reichweite, Kosten und eventuell Sicherheit untersucht.
Im letzten Kapitel werden die Ergebnisse zusammengefasst und ein Ausblick formuliert.
2 Grundlagen
2.1
Richtfunkcharakteristik1
Alle Systeme der Datenübertragung per Funk nutzen die Luft als physikalisches Medium zur
Übertragung der Signale. Die Daten werden in Form von elektromagnetischen Wellen gesendet
und verbreitet. Bei der Benutzung herkömmlicher Antennen werden die Signale annähernd in alle Richtungen dreidimensional in den Raum abgestrahlt. Es erfolgt also eine kugelförmige Ausbreitung der Wellen. Die gesamte Sendeleitung wird also auf diesen großen Bereich aufgeteilt,
was zur Folge hat, dass die Signalstärke deutlich geringer ist und somit auch die Reichweite.
Durch mechanische und elektronische Modifikation der Antenne soll nun erreicht werden, dass
die Wellen konzentriert in eine Richtung abgestrahlt werden. Die Strahlungsdichte wird dadurch
erhöht und die komplette Sendeleistung auf diesen kleineren Bereich gebündelt. Dadurch, dass
Richtfunkanlagen meist reine Punkt-zu-Punkt- Verbindungen sind, ist es enorm wichtig, dass
beim Empfänger auch die maximal mögliche Leistung ankommt.
Richtfunkantennen werden mit Hilfe von Diagrammen beschrieben, die die jeweiligen Spezifikationen visualisieren. Um diese Diagramme beschreiben zu können, müssen folgende Begriffe
geklärt werden:
•
Hauptkeule:
•
Öffnungswinkel: Der Öffnungswinkel wird auch Strahlbreite genannt. Durch den Öffnungswinkel wird der Winkelbereich angegeben, in dem noch mindestens
die Hälfte der maximalen Sendeleistung vorhanden ist. Es gibt sowohl
einen vertikalen als auch einen horizontalen Öffnungswinkel.
Sie gibt die Hauptrichtung der abgestrahlten Funkwellen wieder. Sie besitzt im Zentrum die größte Sendeleistung.
Technisch bedingt ist es nicht möglich, die Antennen so zu modifizieren, dass sich keine Nebenkeulen bilden. Man kann also nicht die Strahlung nur in eine Richtung konzentrieren. Diese unerwünschten Nebenkeulen entziehen der Hauptkeule Energie, was zu Folge hat, dass die
Sendeleistung nachlässt. Deswegen sind alle Hersteller bestrebt, diese Nebenkeulen so klein wie
1
Vgl. [PHKI03]
GRUNDLAGEN
möglich zu halten.
Öffnungswinkel (Strahlbreite)
0°
45°
270°
180°
Abbildung 1: Richtfunkcharakteristik einer Antenne
Die Leistung von Antennen wird grundsätzlich in Dezibel angegeben. Durch die Konzentration
des Funkfelds erreichen die Antennen einen Gewinn. Diesen Leistungsgewinn nennt man
antenna gain. Man misst ihn ebenfalls in Dezibel, wobei Dezibel alleine noch keine Bedeutung
besitzt. Dezibel gibt immer ein Verhältnis zwischen 2 Signalen an. Die Werte werden auf einer
logarithmischen Skala aufgetragen. Dies erleichtert etwa das Arbeiten mit sehr unterschiedlichen
Leistungswerten, die auf einer normalen dezimalen Skala, wie sonst üblich, gar nicht darstellbar
wären. Dabei entspricht eine Verstärkung um 10 dem Wert 1 dB, von 100 2 dB oder von 1000 3
dB. Der Wert dB allein, sagt noch nichts aus. Es kommt immer auf das Bezugssystem an. Dies
kann im Funkbereich etwa die Funkleistung oder die Antennenverstärkung sein. Um deutlich zu
machen worauf sich die Dezibel-Angabe bezieht, erhält sie einen Zusatz. Dies ist für die Funkleistung dBm (Dezibel Milliwatt) oder dBi (Dezibel isotrop) beziehungsweise dBd (Dezibel dipol) für die Antennenverstärkung. Bei dBi beziehungsweise dBd bildet eine entsprechende
Antenne den Vergleichsmaßstab. Für die Funkleistung entspricht 0 dBm 1 mW (Milliwatt). Damit haben Signale unter 1 mW bei Angabe in dBm ein negatives Vorzeichen. Kommt etwa zu einer dBm-Angabe 3 dBm dazu, verdoppelt sich die Leistung, 6 dBm erreichen eine
Vervierfachung der Leistung.
GRUNDLAGEN
Wie berechnet man nun die Gesamtleistung einer Antenne? Diese errechnet sich aus der übertragenen Ausgangsleistung abzüglich des Leistungsverlustes im Kabel zwischen Antenne und
Funksystem zuzüglich des übertragenen Antennengewinns.
Wenn eine Antenne mit 10 dBm gespeist wird, einen Antennengewinn von 4 dBi hat sowie der
Leistungsverlust im Antennenkabel 1 dBm beträgt, hat die Anlage eine EIRP (10 dBm + 4 dBi –
1 dBm) von 13 dBm (20 mW).
2.2
Die Fresnel- Zone
Bei der Installation von Richtfunkanlagen spielt der Sichtkontakt zwischen den beiden Antennen
eine enorm wichtige Rolle. Funkwellen, vor allem im 2,4 GHz Bereich (in diesem Bereich sendet der 802.11b Standard) können Hindernisse kaum durchdringen. Deshalb ist nicht nur alleine
der reine Sichtkontakt notwendig. Gegenstände innerhalb eines bestimmten Bereichs zwischen
Sende- und Empfangseinheit, der sogenannten Fresnel- Zone, können die Funkwellen reflektieren, beugen, brechen oder sogar absorbieren und sorgen dadurch für eine deutliche Schwächung
der Signalstärke. Diese Zonen, in denen Gegenstände störende Wirkungen besitzen, werden wie
schon erwähnt Fresnel- Zonen genannt, wobei es mehrere Fresnel- Zonen bei einer Richtfunkverbindung gibt. Eine Rolle spielt jedoch nur die 1. Fresnel- Zone. Diese muss zu 80% frei von
Hindernissen sein, damit eine einwandfreie Übertragung mit maximaler Reichweite möglich ist.
Veranschaulichen kann man sich diese Fresnel- Zone als einen Rotationsellipsoid (Zeppelinform). In dessen Brennpunkten stehen die beiden Antennen der Sende- und Empfangseinheiten.
Doch wie groß muss diese Zone gewählt werden bzw. welche Anforderungen sollte sie erfüllen?
Den Radius der Fresnel- Zone ist in der Mitte am größten. Man kann ihn einfach durch die Formel r = 0,5 x SQR (Wellenlänge x Distanz) berechnen.
Abbildung 2: Aufbau der Fresnel- Zone
GRUNDLAGEN
Sollten zu viele Hindernisse in diese Zone hineinragen, kann es zu Schwierigkeiten beim Verbindungsaufbau und Verbindungsabbrüchen kommen, obwohl direkter Sichtkontakt zwischen den
Antennen besteht. Deshalb ist es in jedem Fall bei einer Projektplanung in Sachen Richtfunkanbindung wichtig, diese Tatsache nicht aus den Augen zu verlieren. Bei 1km Entfernung beträgt
der Radius der Fresnel- Zone in der Mitte 5,60 Meter.2
2.3
Rechtliche Grundlagen des Richtfunks3
Richtfunkanlagen in Deutschland kann man grundlegend in zwei verschiedene Arten unterteilen:
Zum einen in Systeme, die keine explizite Genehmigung brauchen, da sie in sogenannten lizenzfreien Frequenzbereichen oder Bändern senden. Hierzu zählt das sog. ISM-Band mit dem Frequenzbereich um die 2,4 GHz, genauer 2400 – 2483,5 MHz. Dieses Frequenzband ist lizenzfrei
und wurde für industrielle, medizinische und Forschungszwecke freigegeben. Es bedarf keiner
Genehmigung von Seiten der Regulierungsbehörde für Telekommunikation und Post (RegTP),
dem früheren Bundesministerium für Post und Telekommunikation (BMPT). Als Einschränkung
gilt jedoch eine maximale Sendeleistung von 100mW, die keinesfalls überschritten werden darf.
Gemeldet müssen solche Anlagen jedoch werden, sobald sie grundstücksübergreifend genutzt
werden sollen. Dies geschieht wiederum bei der RegTP. Alle zu tätigenden Angaben sind in
Deutschland durch die Verfügung 122 des Amtsblatts 14/1997 der RegTP geregelt:
„Der Betreiber eines solchen Funknetzes ist verpflichtet, der Regulierungsbehörde die Standorte
der ortsfesten Funkanlagen (Basisstationen) sowie ggf. vorhandener Relaisfunkstellen oder Repeater („Weiterreicher“) mit den nachstehenden Daten unverzüglich schriftlich mitzuteilen:
Stadt, Stadtteil bzw. Gemeinde, Straße, Hausnummer (ggf. genaue Koordinaten)
Höhe der Antenne über Grund, sowie Antennencharakteristik
Datum der Inbetriebnahme und ggf. beabsichtigte Außerbetriebnahme“
Sollten Störungen durch den Betrieb eines solchen Funknetzes auftreten, so ist der Betreiber dazu veranlasst, diese zu beseitigen. Sollte dies nicht möglich sein, kann die RegTP sogar die Einstellung des Betriebs veranlassen.
In der Verfügung 122 werden noch einige weitere Einschränkungen festgelegt, wobei auf diese in
der Vertiefungsarbeit nicht mehr weiter eingegangen werden.
Der zweite große Bereich sind Richtfunkanlagen, die in lizenzpflichtigen Frequenzbereichen
senden und empfangen. Zu diesen zählen z.B. auch die später erwähnten Mikrowellenrichtfunksysteme, welche im GHz- Bereich operieren. Diese Systeme erhalten von der RegTP eine exklusive Frequenz zugewiesen, um andere Systeme nicht zu stören.
2
3
vgl. [PHKI03]
vgl [SMC103]
GRUNDLAGEN
Abbildung 3: Meldebogen der RegTP4
4
vgl. [SMC203]
LÖSUNGSANSÄTZE
3 Lösungsansätze
3.1
WLAN – Erweiterung der 802.11b Standardprodukte
Die maximale Reichweite bei WLAN mit Standardantennen beträgt im günstigsten Fall im Freien rund 300m, was für viele Anforderungen nicht ausreichend ist. Bridges und Access- Points
(APs) stoßen sehr schnell an ihre Grenzen. Grund dafür sind einfach die zu schwachen Antennen, deren Leistungsfähigkeit meist schon deutlich unter 300 Metern erreicht ist. Jedoch lassen
sich deutlich größere Entfernungen überbrücken, wenn leistungsstärkere Antennen benutzt werden. Überbrückungen von bis zu zwei Kilometern sind somit möglich. Hier kommen Antennen
mit Richtfunkeigenschaften zum Einsatz.
3.1.1
Technik5
Um später eine Aussage über die Eignung von WLAN im Allgemeinen und der Produkte, die das
traditionelle WLAN erweitern, im Speziellen machen zu können, muss man sich zuerst einmal
mit der grundsätzlichen Technik des 802.11b Standard beschäftigen.
Der 802.11b Standard wurde vom IEEE mit folgenden Spezifikationen verabschiedet:
Die Datenübertragung erfolgt bei 802.11b im lizenzfreien 2,4 GHz ISM- Band (s.o.). Der genau
Frequenzbereich liegt zwischen 2400 und 2483,5 MHz, wobei eine Übertragungsgeschwindigkeit von 11 Megabit pro Sekunde (Mbps) erreicht wird. Die eigentliche Bitübertragung (Schicht
1 des ISO/OSI- Modells) auf physikalischer Ebene erfolgt im Wesentlichen auf zwei Arten:
durch FHSS (Frequence Hopping Spread Spectrum) oder durch DSSS (Direct Sequence Spread
Spectrum). Hier ist allerdings anzumerken, dass beim 802.11b Standard lediglich das DSSS verwendet wird. Der Vollständigkeit halber sollen aber trotzdem beide Möglichkeiten kurz skizziert
werden, da diese Techniken oft auch die Grundlage für andere Übertragungsmöglichkeiten liefern.
5
vgl [NeMG01]
LÖSUNGSANSÄTZE
3.1.1.1
Übertragung durch FHSS6
FHSS steht wie bereits schon oben erwähnt für Frequence Hopping Spread Spectrum. Wie man
aus der englischen Bezeichnung nun entnehmen kann, wird das zur Verfügung stehende Spektrum in 79 Kanäle zu je 1 MHz erweitert (spread). Ein Sender sendet immer nur für eine bestimmte Zeit auf einem Kanal und wechselt dann zu einem anderen (hopping). Diese maximale
Zeit wird generell durch Regulierungsbehörden lokal geregelt. In Europa gilt eine Zeit von
400ms als maximale Zeit, die ein Kanal genutzt werden darf. Außerdem müssen 6 MHz zwischen dem neuen und dem zuletzt benutzten Kanal liegen. Wie genau diese sog. Hopping- Sequenz aussieht, ist sowohl dem Sender als auch dem Empfänger bekannt, da sonst keine
geeignete Kommunikation stattfinden würde. Eine schematische Darstellung des FHSS sehen Sie
unten:
Abbildung 4: Funktionsweise des FSSS
3.1.1.2
Übertragung durch DSSS7
Wie bereits oben erwähnt, wird heutzutage nur noch DSSS im 802.11b Standard eingesetzt. Ursache dafür ist, dass sich durch DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) höhere Übertragungsgeschwindigkeiten realisieren lassen. Die Grenze bei FHSS lag bei rund 2 Mbps. Mit Hilfe von
DSSS werden die 11 Mbps der IEEE 802.11b Norm erreicht.
6
7
vgl. [NeMG01] Seite 35 ff.
vgl. [NeMG01] Seite40 ff.
LÖSUNGSANSÄTZE
Das Grundprinzip besteht ebenso wie beim FHSS darin, das Ursprungssignal zu spreizen. Hier
wird ein schmalbandiges Signal durch einen Code in ein breitbandiges Signal umgewandelt.
Beim FHSS war dies die sog. Hopping Sequence. Beim DSSS geschieht dies durch einen Pseudo-Noise- Code (PN- Code). Hier wird das Signal nicht auf unterschiedliche Kanäle gespreizt,
sondern vom schmalbandigen in ein breitbandiges Signal umgewandelt. Die Daten werden kontinuierlich auf diesem breiten Band versendet. Diese Modulation hat zur Folge, dass die Intensität des neuen Signals unter die sog. Rauschgrenze fällt und das System somit deutlich weniger
störanfällig wird, aber auch deutlich weniger selbst stört. Die Auswirkung auf andere Systeme ist
minimal; nur noch der Empfänger der den PN- Code kennt, kann das Signal erkennen.
Die genaue Funktionsweise des PN- Codes wird im Rahmen der Vertiefungsarbeit nicht erklärt.
Der grundlegende Bestandteil ist jedoch die Spreizung durch eine Modulo-2 Addition (XOR) der
zu übertragenden Datenbits mit dem PN- Code. Eine schematische Darstellung des DSSS- Verfahrens sehen Sie unten:
Abbildung 5: Funktionsweise des DSSS
3.1.1.3
Zugriffssteuerung auf physikalischer Ebene8
Wie bei allen Netzwerken muss der Zugriff auf das physikalische Medium geregelt werden. Kollisionen können auftreten, wenn beide Stationen gleichzeitig versuchen zu senden. Im IEEE
802.11- Standard sind Verfahren zum Zugriff auf das Medium spezifiziert, die eben solche Kollisionen verhindern sollen. Basisverfahren hierfür ist das sog. CSMA/CA. CSMA/CA bedeutet
Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance. Dabei prüft die Station, die eine Nachricht
senden möchte, ob das Medium belegt ist, d.h. eine andere Station bereits sendet. Erst wenn sie
8
vgl. [SIKO01] Seite 85 ff.
LÖSUNGSANSÄTZE
feststellt, dass das Medium frei ist, beginnt die Übertragung. Da beim Richtfunk meist Punkt-zuPunkt- Verbindungen realisiert werden, ist dieses Verfahren vollkommen ausreichend, um Kollisionen zu vermeiden. Zusätzlich zur Überprüfung des Mediums auf physikalischer Ebene kann
über die Zugriffskontrollebene (MAC-Ebene) das Medium reserviert werden. Dies bietet eine
zusätzliche Sicherheit in Sachen Kollisionen und Daten- bzw. Paketverlust.
3.1.2
Produkte im Vergleich9
Nachdem nun die theoretischen Grundlagen und Funktionsweisen erläutert wurden, werden nun
einzelne Produkte verschiedener Hersteller einander gegenübergestellt. Damit die Ergebnisse
vergleichbar sind, wird bei den Kosten von jeweils zwei Funkeinheiten und zwei Antennen ausgegangen. Die Hersteller sind wahllos ausgesucht, da es auf dem Markt unzählige Produkte gibt.
Alle diese Produkte wurden unter denselben Bedingungen getestet und bieten somit eine gute
Grundlage zur Diskussion. Bei dem Test wurden auch die tatsächlichen Übertragungsraten gemessen. Die Messungen erfolgten immer in einem Abstand von 250 Metern.
3.1.2.1
Artem
Abbildung 6: Artem ANT-TNC-B-
Hersteller
Info
9
D-TX060-RX300
Artem
www.artem.de
vgl. [PHKI03]
LÖSUNGSANSÄTZE
Antenne
Bezeichnung
ANT-TNC-B-D-TX060-RX300
Abstrahlwinkel (Grad)
70
Gewinn (dbi)
7
Reichweite lt. Hersteller
> 2000m
Funkeinheit
AP, Bridge, Karte
Sendeleistung (mW)
Kosten gesamt:
CPS-BR-b (Bridge)
30
3.299,- EUR
Übertragungsraten
250m (down/up in Mbps)
5,21 / 5,08
4,99 / 4,92
4,89 / 5,01
5,02 / 4,91
5,25 / 4,91
Tabelle 1: Produktdetails Artem
Bei dem Produkt der Firma Artem handelt es sich um ein Komplettpaket für den professionellen
Einsatz. Im Lieferumfang sind zwei Bridges enthalten, die an die beiden Huber & Suhner Antennen angeschlossen werden. Nach einer optimalen Ausrichtung stellen selbst 1250m kein Hindernis dar; die Transferrate ist mit mehr als 5 Mbps noch sehr gut. Diese 5 Mbps sind auch
mindestens zu erwarten, wenn man sich nochmals die Grundlagen des Richtfunks vor Augen
hält. Wir erinnern uns an den Öffnungswinkel. Dieser gibt an, in welchem Bereich man noch
mindestens 50% der maximalen Leistung erwarten kann. Somit können wir auch von 50% der
maximalen Geschwindigkeit oder Transferrate ausgehen, welcher beim IEEE 802.11b Standard
11 Mbps beträgt. Dies ist bei dieser Lösung mit mehr als 5 Mbps nahezu erfüllt. Allerdings muss
man diese Leistung auch bezahlen, denn das Artem- Paket ist das mit Abstand teuerste im Vergleich.
LÖSUNGSANSÄTZE
3.1.2.2
SMC
Abbildung 7: SMC Antenne SMCANT-D135
Hersteller
Info
SMC
www.smc.de
Antenne
Bezeichnung
Gewinn (dbi)
SMCANT-DI135
36
13,5
> 1000m
Funkeinheit
AP, Bridge, Karte
Sendeleistung (mW)
Kosten gesamt:
SMC2482W (Bridge)
< 63
1.060,- EUR
Übertragungsraten
5,14 / 4,78
4,91 / 4,81
5,77 / 4,61
4,92 / 5,25
5,91 / 5,50
Tabelle 2: Produktdetails SMC
LÖSUNGSANSÄTZE
Auffallend bei der SMC- Antenne ist die andere Bauform in Form einer Stabantenne. Durch den
deutlich geringeren Abstrahlwinkel von nur 36 Grad wird die Gesamtleistung auf diesen kleineren Bereich konzentriert, was zur Folge hat, dass selbst im 1250m Abstand die Übertragungsrate
noch knapp 6 Mbps beträgt. Man erhält also bei SMC eine funkstarke Lösung, bestehend aus
zwei Stabantennen und zwei Bridges. Das einzige Problem bei diesem Produkt ist die schwierigere Ausrichtung der Antennen durch den schmalen Öffnungswinkel. Der Preis für diese schnelle
Datenfunkstrecke ist mit 1060,- EUR zu beziffern.
3.1.2.3
LANCOM- Systems
LANCOM- Systems bietet zwei externe Antennen mit unterschiedlicher Abstrahlung an. Um deren Auswirkungen in Sachen Reichweite und Übertragungsgeschwindigkeit zu verdeutlichen,
sollen hier beide aufgeführt werden.
Abbildung 8: LANCOM-Systems Antenne: Airlancer Extender O-30
Hersteller
Info
LANCOM-Systems
www.lancom-system.de
Antenne
Bezeichnung
AirLancer Extender O-30
30
Gewinn (dbi)
14
LÖSUNGSANSÄTZE
1000m
Funkeinheit
AP, Bridge, Karte
Sendeleistung (mW)
MC-11 / PCI-11 (Netzwerkkarten)
< 32
876,- EUR (MC-11) / 1.016,- EUR (PCI-11)
Kosten gesamt:
Übertragungsraten
1,92 / 1,93
1,93 / 1,91
1,92 / 1,92
1,90 / 1,91
1,92 / 1,91
Tabelle 3: Produktdetails LANCOM O-30
Abbildung 9: LANCOM-Systems Antenne: Airlancer Extender O-70
Hersteller
Info
LANCOM-Systems
www.lancom-system.de
Antenne
Bezeichnung
AirLancer Extender O-70
70
Gewinn (dbi)
8,5
LÖSUNGSANSÄTZE
600m
Funkeinheit
AP, Bridge, Karte
Sendeleistung (mW)
Kosten gesamt:
MC-11 / PCI-11 (Netzwerkkarten)
< 32
676,- EUR (MC-11) / 816,- EUR (PCI-11)
Übertragungsraten
1,92 / 1,91
1,92 / 1,91
1,91 / 1,90
1,92 / 1,89
1,55 / 1,04
Tabelle 4: Produktdetails LANCOM O-70
Beide Pakete von LANCOM- Systems sind eher für den privaten Gebraucht bestimmt als für den
professionellen Einsatz zwischen zwei Firmenkomplexen. Im Lieferumfang sind zusätzlich zu
den externen Antennen entweder zwei PCMCIA MC11 – Netzwerkkarten für das Notebook oder
zwei PCI PCI-11 – Netzwerkkarten für den heimischen PC enthalten. Selbst mit dieser einfachen Lösung ist es möglich, Entfernungen von mehr als einem Kilometer zu überbrücken. Nachteil dieser Lösung ist die relativ geringe Datenübertragungsrate von nur knapp 2 Mbps. Im Falle
der Antenne mit größerem Abstrahlwinkel verringert sich der Wert bei 1250 Metern nochmals
auf knapp 1,5 Mbps. Somit ist dieses Produkt wohl eher für den reinen Peer-to-Peer Betrieb geeignet. Um diese Lösung als Basisstation betreiben zu können, muss der PC bzw. das Notebook
permanent eingeschaltet bleiben.
3.1.2.4
Dlink
Abbildung 10: Dlink Antenne ANT24-0801
LÖSUNGSANSÄTZE
Hersteller
Info
Dlink
www.dlink.de
Antenne
Bezeichnung
ANT24-0801
70
Gewinn (dbi)
8,5
Ung. 800m
Funkeinheit
AP, Bridge, Karte
Sendeleistung (mW)
Kosten gesamt:
DWL-900AP+ (Access Point)
30
576,- EUR
Übertragungsraten
5,07 / 5,01
5,18 / 5,02
4,30 / 4,12
4,10 / 4,22
1,39 / 1,78
Tabelle 5: Produktdetails Dlink
Die mit Abstand billigste Lösung bietet Dlink. Für weniger als 600,- EUR enthält das Paket zwei
DWL-900AP+ Access Points und zwei Antennen mit einem Abstrahlwinkel von 70 Grad. Diese
beiden Antennen sind baugleich mit den LANCOM- Systems Airlancer Extender O-70. Beide
Antennen weisen das gleiche Abstrahlverhalten auf. Bemerkenswert ist allerdings, dass die beiden APs deutlich schneller sind, als die bei LANCOM- Systems mitgelieferten Netzwerkkarten.
Die Transferrate ist deutlich effektiver. Bis zu knapp 1000 Metern besitzt das System eine Übertragungsrate von mehr als 4 Mbps; erst danach reduziert sich die Bandbreite drastisch.
LÖSUNGSANSÄTZE
3.1.3
Praktisches Anwendungsbeispiel BA Lörrach10
An der Berufsakademie Lörrach wurden bereits solche Lösungen zur Erweiterung der Sendeleistung von WLAN erfolgreich genutzt. Als die Räumlichkeiten in der Hangstraße zur Neige gingen, wurde mit dem ehem. KBC- Gebäude zusätzlicher Raum angemietet, um dort Vorlesungen
und Seminare durchzuführen. Allerdings fehlte dort die Anbindung an das Netzwerk der BA.
Diese Problematik wurde mit Hilfe einer Richtfunkstrecke zwischen Hangstrasse und KBC- Gelände gelöst. Heute ist das KBC- Gelände durch ein verlegtes LWL- Kabel mit der Hangstraße
verbunden. Das folgende Schaubild soll die damalige Lösung skizzieren.
Abbildung 11: Anbindung KBC an die BA
Das Netzwerk des Campus mit den 3 Subnetzen Verwaltung, Lehre1 und Lehre 2 wurde mit Hilfe eines VLANs auf einen physischen Strang gebündelt. Somit war es möglich, alle Daten über
eine 802.11b konforme Funkstrecke zu übertragen. Die Umsetzung der Daten erfolgte durch eine
Relaisstation auf dem Rathaus der Stadt Lörrach, da zwischen Campus und Erweiterungsgebäude
10
vgl. [SIKO01] Seite 180
LÖSUNGSANSÄTZE
keine Sichtverbindung bestand. Für die Anbindung des Erweiterungsgebäudes wurden jeweils
vier aktive Komponenten ( Cisco Aironet BR4811-E Bridges) und vier Richtfunkantennen benötigt. Mit Hilfe der vorhandenen Technik soll nun das Gebäude in der Brombacherstraße an die
Berufsakademie angebunden werden.
3.1.4
Zusammenfassung
Zusammenfassend ist zu sagen, dass es sehr wohl mit Produkten des 802.11b Standards möglich
ist, deutlich größere Entfernungen als 300m im Freien zurückzulegen. Alleine durch den grundsätzlichen Gedanken, die Abstrahlung zu verändern und die Antennen so zu modifizieren, dass
die Leistung gebündelt wird, kann eine deutliche Steigerung erreicht werden. Aber auch Kleinigkeiten wie Antennenkabel und Adapter können die Sendeleistung beeinflussen. Deshalb ist bei
der Auswahl der Komponenten umso wichtiger auch auf solche unbedeutend scheinenden Bagatellen zu achten, zumal durch zu kurze Antennenkabel oder falsche Adapter die Sendeleistung
vom 100mW überschritten werden kann und somit die gesamte Anlage keine Betriebserlaubnis
mehr besitzt.
1000 Meter Entfernung und mehr sind mit allen vorgestellten Produkten möglich. Lediglich die
Geschwindigkeit ist der entscheidende Faktor. Natürlich ist mit Einbusen zu rechnen; die meisten
Systeme jedoch liegen um die 5 Mbps, was knapp 50% der maximalen Geschwindigkeit entspricht.
Die Kosten liegen zwischen knapp 500,- EUR und 3300,- EUR, wobei auch hier wie bei allen
technischen Produkten, die Grenze nach oben ziemlich offen ist. Viele namhafte Anbieter lassen
sich ihre Produkte durch den bekannten Markennamen gut finanzieren. Kostengünstige Lösungen (wie z.B. von Dlink) müssen denen aber in nichts nachstehen.
Laut Literatur sind sogar noch deutlich größere Entfernungen und Geschwindigkeiten möglich:
IEEE 802.11b Geschwindigkeit
14 dbi
12 dbi
10 dbi
7 dbi
Hoch (11 Mbps)
7,1
6,1
5,5
4,0
Mittel (5,5 Mbps)
8,7
7,6
6,6
5,5
Standard (2 Mbps)
10,2
9,3
8,1
6,6
Niedrig (1 Mbps)
12,0
10,9
9,5
8,1
Tabelle 6: Reichweiten WLAN
In diesem Beispiel wird von einer gerichteten Antenne mit 14 dbi auf der Senderseite ausgegangen. Die Reichweiten in Kilometern in Abhängigkeit von der Empfangsantenne werden in der
obigen Tabelle dargestellt.
LÖSUNGSANSÄTZE
Ob sich diese Werte allerdings in der Praxis realisieren lassen ist eher fraglich. Diese Werte sind
theoretisch und gehen von keinerlei Beeinflussung durch die Umwelt aus. Dass die Realität ganz
anders aussehen kann trotz großem Antennengewinn zeigt das Beispiel LANCOM- Systems O30. Bei diesem ist auf beiden Seiten eine Antenne mit 14 dbi Gewinn installiert. Leider erreicht
dieses System nicht annähernd Entfernung noch Geschwindigkeit.
3.2
Mikrowellenrichtfunksysteme
Bei Mikrowellenrichtfunksystemen handelt es sich wie schon in den Grundlagen erwähnt um
Systeme, welche eine exklusive Frequenz von der RegTP zugewiesen bekommen. Bevor Systeme eine eigene Frequenz bekommen, nimmt die RegTP Messungen in dem Bereich vor, in dem
die Anlage betrieben werden soll. Dabei werden Funkdiagramme aufgenommen um zu sehen, ob
und wenn ja welche Richtfunksysteme in dem gewählten Bereich bestehen, die durch den Betrieb gestört werden könnten. Die Frequenzen werden von der RegTP so vergeben, dass es möglichst keine Störungen der Systeme untereinander gibt.
3.2.1
Technik
Mikrowellenrichtfunksysteme arbeiten grundsätzlich in einem Frequenzbereich zwischen 2 GHz
und 39,5 GHz. Typische Trägerfrequenzen sind hierin jedoch 6 GHz, 18 GHz, 23 GHz, 26 GHz
sowie 38 GHz. Die Auswahl des geeigneten Frequenzbereichs ist je nach überbrückender Entfernung und gewünschter Übertragungsgeschwindigkeit unterschiedlich. Je höher die Frequenz ist,
desto kürzer wird die überbrückbare Entfernung. Sind bei 2 GHz Entfernungen bis sogar 100 Kilometern möglich, so reduziert sich die Entfernung bei größeren Frequenzen stetig.
Jedoch sind die Reichweiten nicht nur von den verwendeten Frequenzen abhängig, sondern auch
von den angewandten Antennen. Als Antennen werden beim typischen Richtfunk hauptsächlich
stark bündelnde Parabolantennen Einsatz finden. Diese Antennen besitzen oft unterschiedliche
Durchmesser. Typische Durchmesser bei diesen Parabolspiegeln sind 30cm, 60cm, 90cm und
120cm. Größere Schüsseln sind grundsätzlich möglich, müssen jedoch meist in Einzelfertigung
hergestellt werden und sind dementsprechend teuer.
Mikrowellenrichtfunksysteme ermöglichen ein großes Spektrum an Übertragungsgeschwindigkeiten. Die Palette reicht von 2x2 Mbps, 4x2 Mbps, 34+2 Mbps bis hin zu 155+2 Mbps. Die 2
Mbps bzw. +2 Mbps bei allen Geschwindigkeiten rührt daher, dass in der Vergangenheit immer 2
Mbps für Telefonie reserviert wurden. Der Rest wurde zur Datenübertragung genutzt.
LÖSUNGSANSÄTZE
3.2.1.1
Betriebsarten11
Man kann ganz grundlegend zwischen zwei Betriebsarten unterscheiden:
Abbildung 12: Reine Punkt-zu-Punkt- Verbindungen
Dies ist die typische Anwendung von Richtfunksystemen. Ein Richtfunksystem ist meistens eine
reine Punkt-zu-Punkt- Verbindung. Es kommen hier Antennen oder Parabolschüsseln zum Einsatz, die einen Öffnungswinkel zwischen 0,5 und 1 Grad besitzen. Dies bedeutet, dass der Strahlengang hoch konzentriert und die maximale Sendeleistung auf diesen minimalen Bereich
gebündelt wird.
Allerdings gibt es auch noch eine weitere Betriebsart:
Abbildung 13: Richtfunkstrecken über Hopping- Points
Beim Richtfunk sind nicht nur direkte Verbindungen möglich, sondern auch die Verteilung oder
Weiterleitung über sog. Hopping-Points. Hierbei kann man wiederum zwischen zwei Arten von
Hopping-Points unterscheiden: passive und aktive Hopping-Points.
11
vgl. [SIEM03]
LÖSUNGSANSÄTZE
Passive Hopping-Points können reine „Umlenker“ sein, die dem bestehenden Signal lediglich eine andere Richtung geben. Unter aktiven Hopping-Points versteht man Repeater, Verstärker, also
Relaisstationen, die das Signal nochmals verstärken, bevor es weitergeleitet wird.
3.2.1.2
Datenübertragung
Die eigentliche Datenübertragung läuft so ähnlich ab wie beim IEEE 802.11b Standard. Als
Zugriffskontrollverfahren wird beim Mikrowellenrichtfunk ebenfalls das CSMA/CA- Verfahren
eingesetzt, bei dem der Sender schaut, ob das Medium frei ist und dann erst sendet. Lediglich in
den Modulationsverfahren unterscheiden sich die beiden Technologien. Allerdings ist hier nicht
möglich, eine allgemeingültige Aussage darüber zu treffen, welche Modulation normalerweise
eingesetzt wird. Durch ausgiebige Internetrecherchen bei vielen Herstellern von Mikrowellenrichtfunksystemen kann man jedoch zum Schluss kommen, dass überwiegend digitale Modulationsverfahren wie z.B. QAM12 eingesetzt werden. Aber auch hier kann man wieder mehrere
Möglichkeiten unterscheiden (z.B. 16 QAM, 64 QAM, etc.). Um dennoch den Überblick über
die Technik abzurunden, soll hier ein kurzer Einblick in die Quadratur Amplituden Modulation
gegeben werden. Bei der Quadratur Amplituden Modulation handelt es sich um eine Kombination aus Phasen- und Amplitudenmodulation, d.h. sowohl die eigentliche Dauer des Ursprungssignals als auch die Intensität werden moduliert.
Abbildung 14: QAM
Dieses Schaubild erhebt nicht den Anspruch, die Modulation korrekt darzustellen, so wie sie
wirklich abläuft. Vielmehr soll anhand des Diagramms gezeigt werden, dass sowohl die Phase
(„Breite des Signals“) als auch die Amplitude („Höhe des Signals“) verändert werden.
12
vgl. [SIEM03]
LÖSUNGSANSÄTZE
Die Modulation des Signals läuft beim 16 QAM- Verfahren folgendermaßen ab:
Abbildung 15: 16QAM
Das Ursprungssignal wird beim Abtasten über die oben zur Veranschaulichung eingetragenen 16
Punkte verteilt. Jedem Punkt ist ein bestimmter Digitalwert zugewiesen, der dann übertragen
wird. Um eine vernünftige Datenübertragung zu erhalten, muss sowohl dem Sender als auch dem
Empfänger die Modulationsart bekannt sein.
3.2.2
Produkte im Vergleich
Mikrowellenrichtfunkpakete beinhalten in der Regel drei unterschiedliche Produkte:
•
Antenne
•
Outdoor- Unit
•
Indoor- Unit
Die Indoor- Unit bildet die Schnittstelle zwischen dem zu vernetzenden System und der eigentlichen Richtfunkstrecke. Sie kann mit verschiedenen Modulen ausgestattet werden, um unter-
LÖSUNGSANSÄTZE
schiedlichste Anforderungen zu erfüllen. So haben Anbieter Fast-Ethernet- Module im Angebot
zum Anschluss an das lokale Netzwerk. Aber auch E1 und T1 Anschlüsse sind möglich. In dieser
Einheit werden die eigentlichen Signale, die zu übertragen sind, konvertiert.
Diese konvertierten Signale werden dann an die Outdoor- Unit weitergeleitet. Die Outdoor- Unit
hat als primäre Aufgabe, die aufbereiteten Signale weiter zu verarbeiten. Hier ist der Mikrowellensender und –empfänger integriert. Ankommende Signale von der IU werden an die Antenne
weitergeleitet; ankommende Signale von der Antenne werden an die IU weitergeleitet und dort
ins entsprechende Format übersetzt.
Die Antenne hat als einzige Aufgabe, die Signale zu konzentrieren. Wie schon erwähnt erfolgt
das wirkliche Senden und Empfangen durch die OU.
Der folgende Vergleich der Produkte soll einen kleinen Überblick über die möglichen Entfernungen bei vorgegebenen Frequenzen und festen Bandbreiten geben. Hierbei werden drei Produkte
betrachtet, wobei ein Produkt mit niedrigen Übertragungsraten und zwei 155+2 Mbps Produkte
verschiedener Hersteller betrachtet werden.
3.2.2.1
GoC 2x2, 4x2 und 34+2 Mbps13
Abbildung 16: GoC 2x2, 4x2, 34+2 Mbps Richtfunksystem
Hersteller:
GoC
2x2, 4x2 und 34+2 MBit/s - Systeme
Frequenzbereich:
13
23 GHz
26 GHz
38 GHz
vgl. [GOCM03]
LÖSUNGSANSÄTZE
Reichweiten in km: (bei garantierter Bandbreite von 99,9%)
23 GHz
26 GHz
38 GHz
2x2
34+2
2x2
34+2
2x2
34+2
30cm Ant.
11
8,5
7,5
5,5
5
4
60cm Ant.
16
12
10
7,5
7
6
Tabelle 7: Produktdetails GoC 2x2, 4x2, 34+2 Mbps
Die Richtfunksysteme für Geschwindigkeiten bis zu 34+2 Mbps von GoC arbeiten in drei unterschiedlichen Frequenzbereichen. Wie bereits in der Einleitung zu Mikrowellenrichtfunksystemen
erwähnt, sieht man, dass mit zunehmender Frequenz die maximal mögliche Entfernung abnimmt. So verringert sich z.B. die Reichweite bei einer Geschwindigkeit von 2x2 Mpbs mit einer
60cm Antenne von 16 Kilometern im 23 GHz Bereich auf 7 Kilometer bei der Benutzung von 38
GHz. Hierbei muss erwähnt werden, dass wir von einer garantierten Bandbreite von 99,9% der
Maximalgeschwindigkeit ausgehen. Reduzieren wir unsere Erwartungen, so können mit dieser
(und auch den folgenden) Lösung deutlich mehr Kilometer überbrückt werden.
3.2.2.2
GoC 155+2 Mbps14
Abbildung 17: GoC 155+2 Mbps System
Hersteller:
GoC
155+2 MBit/s - Systeme
Frequenz- bereich:
14
23 GHz
26 GHz
38 GHz
vgl. [GOCM03]
LÖSUNGSANSÄTZE
23 GHz
26 GHz
38 GHz
30cm Ant.
7
6
3,5
60cm Ant.
10
8,5
4,5
120cm Ant.
15
13
8,5
Tabelle 8: Produktdetails GoC 155+2 Mbps
Auch das 155+2 Mbps System der Firma GoC arbeitet in denselben Frequenzbereichen. Beim
Vergleich mit dem obigen System wird deutlich, dass die maximal möglichen Entfernungen bei
gleichen Antennen deutlich darunter liegen. Die größten Reichweiten werden logischerweise mit
den größten Antennen erreicht. Diese besitzen einen Durchmesser von 120cm und ermöglichen,
abhängig vom Frequenzbereich, Reichweiten bis zu 15 Kilometern bei garantierter Geschwindigkeit von ungefähr 155 Mbps.
3.2.2.3
TeleNetWork 155+2 Mbps15
Um einen Vergleich bieten zu können, soll hier noch ein weiteres 155+2 Mbps System aufgeführt und untersucht werden.
Abbildung 18: TeleNetWork 155+2 Mbps System
Hersteller:
TeleNetWork
155+2 MBit/s - Systeme
Frequenz- bereich:
15
18 GHz
23/26 GHz
38 GHz
vgl. [TELE03]
LÖSUNGSANSÄTZE
18 GHz
23/26 GHz
38 GHz
30cm Ant.
11
5
3,5
60cm Ant.
21
11
6,5
90cm Ant.
30
6,5
-/-
Tabelle 9: Produktdetails TeleNetWorks
Das System von TeleNetWork arbeitet im Gegensatz zu den Goc- Systemen zusätzlich im 18
GHz Bereich. Wie bereits in der Einleitung zum Thema Mikrowellenrichtfunk erwähnt, lassen
sich durch Verringerung der Frequenzen die Reichweiten maximieren. So können mit diesem
System Hochgeschwindigkeitsrichtfunkstrecken mit 155+2 Mbps über 30 Kilometer realisieren.
Bemerkenswert bei diesem Produkt ist der doch recht krasse Unterschied von 30 Kilometern
Reichweite bei 18 GHz und 90cm Antenne zu 6,5 Kilometern bei gleicher Antenne im 23/26
GHz Bereich.
3.2.3
Zusammenfassung
Mikrowellenrichtfunksysteme bieten also ein breites Spektrum an Leistungen. Sowohl hohe Geschwindigkeiten als auch große Reichweiten sind mit diesen Systemen möglich. Das Geschwindigkeitsspektrum erstreckt sich von minimal 2x2 Mbps bis hin zu sehr schnellen 155+2 Mbps.
Selbst bei der schnellsten 155+2 Mbps Lösung lassen sich Entfernungen von bis zu 40 Kilometern überbrücken. Abhängig ist die Reichweite immer von der verwendeten Frequenz, sowie von
den installierten Antennen. Als Standard gelten hier Werte von 30cm bis hin zu 120cm.
Ein weiterer großer Pluspunkt ist die extrem hohe Verfügbarkeit, die inzwischen von den Herstellern garantiert wird. Hersteller beziffern diese heute mit 99,9% pro Jahr. Umwelteinflüsse
spielen bei weitem nicht mehr die große Rolle, die sie früher gespielt haben. Heutige Richtfunkanlagen sind deutlich unempfindlicher gegenüber Schlechtwetter oder sonstigen negativen Einflüssen geworden. Dies ist eine direkte Folge aus der jahrzehnte langen Entwicklung. Etablierte
Entwickler wie Ericsson, Lucent Technologies oder Bosch haben diese Entwicklung immer wieder vorangetrieben und die Technik stetig verbessert.
Auch die Standardisierung der Produkte ist vorteilhaft. Grundsätzlich ist es möglich, Komponenten verschiedenster Anbieter miteinander zu kombinieren, jedoch ist davon abzuraten, da in den
von den Herstellern angebotenen Paketen die Produkte optimal zusammengefasst sind.
Die Kosten für all diese Produkte sind immer abhängig von der garantierten Bandbreite und den
Entfernungen, die damit überbrückt werden sollen. Die nachfolgend aufgeführten Preise sind
LÖSUNGSANSÄTZE
Mittelwerte, die sich durch Internetrecherche ergeben haben. Die Preise können je nach Anbieter
und Markenname stark variieren.
So kann man die Kosten (gemittelt) folgendermaßen pro Standort beziffern:
•
2x2 Mbps Systeme: ab 5.000,- EUR
•
4x2 Mbps Systeme: ab 8.000,- EUR
•
34+2 Mbps Systeme: ab 15.000,- EUR
•
155+2 Mbps Systeme hier beginnen die Preise bei rund 20.000,- EUR
Auf den ersten Blick mag sich dies vielleicht recht viel anhören. Wenn man sich jedoch einmal
die Kosten für Mietleitungen z.B. der Dt. Telekom näher ansieht, erkennt man schnell, dass sich
Richtfunkanlagen rechnen können. Es erfolgt ein schneller „return-on-invest“. Die einmaligen
Anschaffungs- und Installationskosten relativieren sich schnell, zumal mit den Richtfunkanlagen
auch eine deutlich leistungsstärkere Vernetzung zur Verfügung steht.
3.3
Vergleich mit anderen Technologien
Es gibt natürlich noch weitere Technologien, die den Anspruch haben, Datenfunkstrecken über
große Entfernungen realisieren zu können. Im folgenden Abschnitt soll dabei auf zwei Vertreter
eingegangen werden. Diese Technologien sollen den Gesamteindruck abrunden.
3.3.1
HiperLAN/216
HiperLAN/2 steht für High Performance Radio Local-Area Network, Type 2 und wurde von der
ETSI im April 2000 spezifiziert. Grundsätzliches Ziel war es, Datenübertragungsraten von 54
Mbps zu realisieren. Die Übertragung sollte im 5 GHz Band erfolgen und es sollten Reichweiten
bis zu 150m möglich sein. An der Entwicklung teilnehmende Firmen sind z.B. Ericsson, Nokia,
Dell oder Bosch (Tenovis). Es ist ein europäisches Projekt und als Gegenentwurf zu Wireless
LAN nach IEEE 802.11X zu verstehen. Um jedoch dem Anspruch gerecht zu werden, Daten mit
bis zu einem Kilometer Entfernung übertragen zu können, wurde der eigentliche Standard HiperLAN/2 erweitert.
16
vgl. [SIKO01] Seite 153 ff.
LÖSUNGSANSÄTZE
High Performance LAN
Type I
Type II
Type III
Type IV
HIPER Access
HIPER Link
HiperLAN/2
Abbildung 19: der HiperLAN/2 Standard
Der eigentliche HiperLAN/2 Standard, bestehend aus dem Type II, wurde durch HiperAccess
und HiperLink erweitert und so zum neuen HiperLAN/2 Standard.
HiperAccess sollte Entfernungen bis zu 5 km realisieren und als Punkt-zu-Mehrpunkt- Architektur betrieben werden. Als Datenrate wurden 27 Mbps angestrebt.
HiperLink sollte der reinen Punkt-zu-Punkt- Verbindung dienen. Hier sollen sehr hohe Datenraten mit bis zu 155 Mbps bewerkstelligt werden. Als maximale Reichweite wurde ein Wert von
1500m festgelegt. Für dieses als Type IV spezifizierte HiperLink wurde das Frequenzband um 17
GHz reserviert. Leider wird dieses Projekt seit geraumer Zeit nicht mehr weiterbetrieben.
3.3.1.1
Technik
HiperLAN/2 nutzt ein OFDM17- Verfahren (Orthogonal Frequency Division Multiplex) zur Signalmodulation.
0
17
1
2
3
4
5
6
7
vgl. [HeTe02]
LÖSUNGSANSÄTZE
Abbildung 20: OFDM- Verfahren
HiperLAN/2 besitzt 8 Kanäle mit einer jeweiligen Bandbreit von 20 MHz. Diese Kanäle werden
jeweils in 52 unabhängige Subcarrier mit einer Bandbreite von jeweils 300 kHZ aufgeteilt, wobei nur 48 für den eigentlichen Datentransport zur Verfügung stehen. Die restlichen vier Subcarrier werden zur Synchronisation genutzt.
Der Kanalzugriff wird bei HiperLAN/2 durch die MAC Kontrollschicht (Medium Access
Control) geregelt. Der physische Kanal wird dabei in Rahmen konstanter Länge aufgeteilt. Dieser MAC-Frame wird nochmals unterteilt in eine Broadcastphase, Downlink- Phase, UplinkPhase und eine sog. Random-Access- Phase. In der Broadcastphase werden Steuerinformationen
übertragen. Die eigentlichen Daten werden in der Downlink- und Uplinkphase übertragen.
3.3.1.2
Produkte
Die Etablierungsschwierigkeiten von HiperLAN/2 werden vor allem bei den angebotenen Produkten deutlich. Trotz intensiver Internetrecherche war es nicht möglich, Produkte zu finden, die
HiperLAN/2 implementieren. Selbst auf den Webseiten der Mitbegründer wie Ericsson, Nokia
oder Bosch (Tenovis) konnten keine Produkte gefunden werden.
Die Kosten für HiperLAN/2 Produkte sollen laut HiperLAN/2 Forum im Bereich der WLANProdukte liegen.
3.3.1.3
Zusammenfassung
HiperLAN/2 wird seinem selbst erhobenen Anspruch leider nicht gerecht. Als Gegenentwurf zu
IEEE 802.11X entwickelt, bietet es sicherlich interessante Ansätze wie die integrierte Sicherheit
und die Quality of Service (QoS). Ob in absehbarer Zeit allerdings Produkte auf dem Markt erscheinen werden und sich diese sogar noch durchsetzen werden, ist jedoch zu bezweifeln.
HiperLAN/2 hat wohl den Anschluss an IEEE 802.11X schon verloren. Die Resignation wird bereits dadurch deutlich, dass vielversprechende Ideen wie HiperLink nicht mehr weiterentwickelt
werden. Außerdem besteht für Firmen kein Grund, sich gegen den etablierten WLAN- Standard
zu entscheiden, der all die Versprechungen von HiperLAN/2 bereits in die Praxis umgesetzt hat.
LÖSUNGSANSÄTZE
3.3.2
Optische Freiraumübertragung via Laser
Optische Funkstrecken mit Hilfe von Lasern werden auch optische Freiraumübertragung genannt. Laserlicht ist prinzipiell nichts anderes als elektromagnetische Wellen (wie Funkwellen
auch), aber im sichtbaren Bereich.
3.3.2.1
Technik
Aus diesem Grund gelten für Laserrichtfunkstrecken dieselben Gesetze und technischen Grundlagen wie für den traditionellen Richtfunk auch. So ist der Sichtkontakt eine Grundvoraussetzung, um diese Lösungen zu implementieren. Ein großer Vorteil ist allerdings hierbei, dass durch
den extrem gebündelten Strahlengang, die Fresnel- Zone hierbei keine Rollte spielt. Es gibt also
keinen zeppelinförmigen Bereich, der frei von Hindernissen sein muss. Lediglich in direkter Linie zwischen Sende- und Empfangseinheit dürfen keine Behinderungen auftreten.
Systeme mit Laserstrahlen sind allerdings deutlich empfindlicher als Richtfunksysteme:
So wird das Licht durch die Atmosphäre gedämpft, der Strahl an Aerosolen oder sonstigen Partikeln gebrochen oder die Intensität durch Luftturbulenzen verändert. Schnee, Regen oder Nebel
reflektieren den Strahl und bewegliche Hindernisse, wie z.B. Vögel, können den Strahlengang
unterbrechen. All diese Störungen sind natürlich und können nicht vermieden werden.
Nachdem bei der Übertragung mit Laser lediglich eine andere Wellenlänge für die elektromagnetischen Wellen verwendet wird, besitzen diese Systeme dieselben technischen Grundlagen. So
werden die Daten ebenfalls digital moduliert (s.o. QAM). Eine Zugriffssteuerung auf das Medium ist bei den untersuchten Produkten nicht nötig, da alle Geräte über eine getrennte Sende- und
Empfangseinheit verfügen. Die Daten werden mit Hilfe von Laserdioden übertragen, die meist
mit Wellenlängen um die 785 nm arbeiten.
Ein wichtiger Punkt ist die freie Nutzung von Frequenzen. Die verwendeten Frequenzen müssen
bei der RegTP nicht angemeldet werden.
Mit Hilfe der optischen Richtfunktechnik können unterschiedlichste Übertragungsraten realisiert
werden. Der größte Teil der Produkte am Markt verfügt über eine Geschwindigkeit von 100
Mbps. Allerdings sind auch deutlich höhere Geschwindigkeiten zu implementieren. So gibt es
auf dem Markt Produkte, die mit mehreren Gigabit pro Sekunde operieren. Dies kann man beispielsweise dadurch erreichen, dass das Richtfunksystem an ein Glasfasersystem per Lichtwellenleiter (LWL) angeschlossen wird.
3.3.2.2
Produkte18
Produkte für die optische Freiraumübertragung werden auch Optical Relays genannt.
18
vgl. [LASE03]
LÖSUNGSANSÄTZE
Im Folgenden werden drei unterschiedliche Produkte vorgestellt, die sich vor allem in der maximalen Reichweite unterscheiden.
3.3.2.3
LaserBit Pico System
Abbildung 21: LaserBit Pico System
Hersteller:
LaserBit
Pico System LB-P-00-0150E100
Wellenlänge des Lasers
785nm
Reichweite
150m
100 Mbps
Übertragungsgeschwindigkeit
Tabelle 10: Produktdetails Pico
Mit Hilfe dieser Lösung lässt sich eine kurze Strecke von 150 Metern überbrücken. Die Übertragungsgeschwindigkeit beträgt wie bei den meisten Laser- Standardprodukten 100 Mbps.
LÖSUNGSANSÄTZE
3.3.2.4
LaserBit Pinto System
Abbildung 22: LaserBit Pinto System
Hersteller:
LaserBit
Pinto System LB-Pinto-0400E100TP
785nm
Reichweite:
400m
100 Mbps
Tabelle 11: Produktdetails Pinto
Durch eine Verstärkung der Laserintensität können mit dem Pinto- System Strecken von bis zu
400 Metern mit 100 Mbps überbrückt werden.
3.3.2.5
LaserBit LB-5000E100
Abbildung 23: LaserBit LB-5000E100
LÖSUNGSANSÄTZE
Hersteller:
LaserBit
LB-5000E100
(8 LaserDioden)
785nm
Reichweite:
5000m
155 Mbps
Tabelle 12: Produktdetails LB-5000E100
Bei diesem Produkt der Oberklasse werden in der Sendeeinheit insgesamt 8 Laserdioden verwendet. Dadurch werden sowohl eine große Reichweite von rund 5000 Metern wie auch eine
höhere Geschwindigkeit von 155 Mbps erreicht. Weitere Vorteile sind die erhöhte Lebensdauer,
wenn nicht alle Laserdioden benötigt werden. Außerdem ist durch die hohe Anzahl an Dioden
eine gewisse Redundanz gegeben. Die Ausfallsicherheit wird also zudem noch erhöht.
3.3.2.6
Zusammenfassung
Optische Richtfunkstrecken sind eine echte Alternative, um Daten über größere Entfernungen zu
übertragen. Großer Vorteil dieser Lösung ist die unkomplizierte Inbetriebnahme solcher Anlagen.
Sie bedürfen keinerlei umständlicher Genehmigungsverfahren, da sie nicht bei der RegTP angemeldet werden müssen. Auch muss bei der Installation keine Rücksicht auf Hindernisse in der
Fresnel- Zone genommen werden. Die Montage sollte allerdings von einer Fachfirma übernommen werden, da die Strahlengänge sehr genau ausgerichtet werden müssen.
Die Kosten für solche Systeme liegen zwischen 2.000,- EUR für das Pico- System mit 150m
Reichweite, über 4.000,- EUR (Pinto – 400m Reichweite) bis hin zu ca. 10.000,- EUR für das
LB-Link- System. Wie bei allen technischen Produkten können die Kosten je nach Hersteller variieren. Für die Installation durch die Fachfirma wurden Kosten zwischen 1.200,- EUR und
1.500,- EUR angegeben.
Im Internet finden sich Bauanleitungen, die es Hobbybastlern ermöglichen sollen, solche Systeme mit Teilen aus Elektronikmärkten für unter 200,- EUR herzustellen.
http://jks-jena.de/mitarb/lutz/verein/funknetz/1/laserlink.html
Beeindruckend sind vor allem die Möglichkeiten bei der Geschwindigkeit. Übertragungsraten
von mehreren Gbps sind bereits möglich, allerdings übersteigen die Kosten für solche Produkte
LÖSUNGSANSÄTZE
die der Mbps- Lösungen um ein Vielfaches. Somit können alle Forderungen an die Breitbandübertragungstechnik erfüllt werden.
Allerdings lassen sich mit Hilfe von optischen Richtfunkanlagen auch sehr einfach Backup- Leitungen erstellen. Gerade bei Firmen, bei denen Unterbrechungen im Netzwerk hohe Kosten verursachen, können Optical Relays eine interessante Backupvariante darstellen. Im Normalbetrieb
läuft der Netzwerkverkehr über die bestehende Verkabelung. Doch auch hier, gibt es keine
100%ige Verfügbarkeit. Blitzeinschläge, Unfälle bei Bauarbeiten oder eventuelle Probleme beim
Provider können Netzwerkausfälle verursachen. Im Notfall kann dann auf die installierte Richtfunkstrecke zurückgegriffen werden.
Optische Richtfunkstrecken stellen also eine vielseitige Alternative dar.
FAZIT UND AUSBLICK
4 Fazit und Ausblick
Im abschließenden Fazit werden nochmals die Vorzüge von Richtfunksystemen erläutert.
Richtfunksysteme gelten als sehr sichere Lösungen, wobei hier zwischen den einzelnen Technologien nochmals zu differenzieren ist. Bei Wireless LANs nach dem 802.11b Standard ist dies
nur eingeschränkt richtig. Zwar gibt es die WEP- Verschlüsselung, welche allerdings mit geringem Aufwand entschlüsselt werden kann. Abhilfe wird hier schon durch den Standard 802.11g
geschaffen, in dem eine größere Sicherheit bereits implementiert ist. Eine weitere Schwachstelle
ist der relativ große Abstrahlwinkel, der es Lauschern ermöglicht, die Datenübertragung mitzuverfolgen. Deshalb bieten es sich hier an, auf zusätzliche Sicherheitslösungen wie VPNs,
RADIUS- Server oder sonstige kryptologischen Systeme zurückzugreifen. Diese Systeme sind
oftmals schon in die Geräte integriert. Bei Richtfunksystemen mit Öffnungswinkeln zwischen
0,5 und 1 Grad ist dieses Lauschen erschwert. Der Laserstrahl einer optischen Verbindung hat in
einer Entfernung von 500 Metern eine Dicke von rund einem Meter. Da diese Systeme meist in
einer gewissen Höhe über dem Erdboden, an schwer zugänglichen Hauswänden oder auf Dächern installiert werden, ist das Lauschen so gut wie nicht möglich. Zudem muss das Modulationsverfahren bekannt sein, um aus den empfangenen Daten die richtigen Informationen zu
bekommen. Grundsätzlich ist ein Lauschen bei diesen hochkonzentrierten Funkstrahlen (Richtfunk und optische Freiraumübertragung) nur durch eine Unterbrechung des Strahlengangs möglich, wodurch sich ein Lauscher sofort bemerkbar macht.
Mit den heutigen Richtfunksystemen stehen dem Anwender zuverlässige Lösungen zur Verfügung. Seit Jahrzehnten wird diese Technologie von etablierten Firmen weiterentwickelt. Die positive Auswirkung dieser jahrelangen Entwicklung ist eine enorm hohe Verfügbarkeit von 99,9%
pro Jahr. Diese Verfügbarkeit wird von nahezu allen Herstellern am Markt auch garantiert. Frühere Störgrößen wie schlechtes Wetter oder Nebel beeinflussen heutige Systeme (optischer
Richtfunk ausgenommen) kaum. Die Lebensdauer moderner Lösungen beträgt annähernd 10
Jahre.
Des Weiteren sind heutige Systeme sehr flexibel. Auf neue Anforderungen kann sehr schnell reagiert werden. Vorhandene Anlagen lassen sich schnell erweitern, wenn mehr Leistung gefordert
wird oder sich der Standort verändert. Richtfunklösungen lassen sich ohne große baulichen
Maßnahmen realisieren. Der modulare Aufbau z.B. der Indoor- Unit als Schnittstelle zwischen
internem Netzwerk und Richtfunkstrecke ermöglicht es, sich schnell anzupassen. Größere Entfernungen können einfach durch eine größere Antenne erreicht werden. Bei WLAN- Lösungen
und optischen Lösungen entfällt auch das umständliche Genehmigungsverfahren der RegTP.
FAZIT UND AUSBLICK
Ein weiterer großer Vorteil sind die Kosten. Bei den meisten Systemen fallen nach der Anschaffung und Installation kaum weitere Kosten. Richtfunksysteme sind nahezu wartungsfrei. Nur
bei optischen Systemen müssen in periodischen Abständen die optischen Elemente gereinigt
werden. Bei der Installation von Richtfunksystemen entstehen auch keine sog. „vergrabenen
Kosten“, wie z.B. beim Verlegen von Erdkabeln. Die Geschäftsleitung sieht, wo die Investitionen
bleiben.
Außerdem sind die laufenden Kosten nahezu Null. Dadurch erreicht man einen schnellen return-on-invest. Lediglich bei der Nutzung von Mikrowellenverbindungen fallen Lizenzkosten
von 179,- EUR pro Jahr an. Vergleicht man diese Kosten mit denen von entsprechenden Wähloder Standleitung, amortisieren sich die Kosten für die Anlagen schnell.
Richtfunkanlagen besitzen Bandbreiten, die sich kaum durch andere Lösungen realisieren lassen.
Die Übertragungsraten liegen zwischen 2x2 Mbps (WLAN außer Acht gelassen) und mehreren
Gigabit pro Sekunde bei optischer Übertragung, wobei dort die Kosten im Moment leider noch
enorm sind.
Abschließend kann man sagen, dass es für Richtfunkanlagen aller Technologien ein spezielles
Einsatzgebiet gibt. Sei es nun in der Vernetzung zweier Firmenkomplexe mit einem Hochgeschwindigkeitsnetz oder auch nur eine Backup- Funkverbindung, die nur bei Ausfall der herkömmlichen Verkabelung benutzt wird. Je nach Anforderung bietet die eine oder andere
Technologie bestimmte Vorteile, die sie gegenüber der anderen hervorhebt.
Die drahtlose Überbrückung größerer Strecken wird auch in Zukunft einen weiteren Aufschwung
erfahren. Überall wo es nicht möglich ist, leitungsgebunden zu arbeiten, gibt es keine Alternativen dazu. Prognosen erwarten einen deutlichen Umsatzanstieg in den Richtfunkbereichen. Als
Beispiel eine Studie der Strategies Group: Sie sagt einen Anstieg des Umsatzes von heutzutage
733 Mio. US$ auf mehr als 1.950 Mio. US$ im Jahre 2005 alleine für optische Richtfunksysteme
vorher. In derselben Studie sagt die Strategies Group ein Wachstum der Anzahl von Richtfunkstationen voraus. Heute gibt es schätzungsweise 37.000 Richtfunkstationen weltweit. Diese Zahl
wird bis auf 104.000 im Jahre 2005 anwachsen. Vor allem in Gebieten mit relativ schwacher
Kupfer- bzw. Glasfaserinfrastruktur stellen Richtfunksysteme eine bedeutende Alternative dar.
Ich hoffe mit dieser Vertiefungsarbeit einen möglichst kompletten Überblick über die Materie
gegeben zu haben. Leider war es mir in manchen Bereichen nicht möglich, so tief in den Stoff
vorzudringen, wie ich es gerne getan hätte. Trotz der Informationsvielfalt im Internet blieben bei
mir einige Fragen, meistens bezüglich der speziellen Technik, offen. Dennoch denke ich, dass
dem Leser Kriterien vermittelt wurden, die ihn bei einer eventuellen Entscheidungsfindung im
Rahmen eines Projekts zur Anbindung zweier Netzwerke unterstützen können.
Quellenverzeichnis
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Nam Kha Pham, Michael Kiwitz; Weitsprung mit WLAN, PC Intern, Juli-Sept 03,
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Datenfunkstrecken über größere Entfernungen

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