Richtfunk ist eine drahtlose Übertragungstechnik, mit der Datenströme in hoher Geschwindigkeit übertragen werden. Dazu werden Antennen mit besonderer Richtwirkung verwendet.
Diese Art der Datenverbindung wird auch Punkt-zu-Punkt (PtP) genannt. Die Antennen an beiden Endstellen müssen optimal aufeinander ausgerichtet werden, damit große Entfernungen mit hohen Datenraten überbrückt werden können.
Eine freie Sichtverbindung zwischen den Antennen ist erforderlich, um eine zuverlässige Übertragung zu gewährleisten. Hindernisse wie Gebäude oder Bäume können die Signalqualität beeinträchtigen.
Wir planen Richtfunkverbindungen mit einer Verfügbarkeit von 99,995 % (wetterbedingt). Übertragungsqualität und Verfügbarkeit der Verbindung entsprechen denen von Glasfaserverbindungen.
Die erreichbare maximale Übertragungsrate unserer Systeme variiert in Abhängigkeit von der Verbindungsdistanz und kann Geschwindigkeiten von bis zu 20 Gbit/s erreichen.
Stabile Richtfunkverbindungen realisieren wir über Distanzen von 100 Metern bis zu mehr als 120 Kilometern, wobei wir je nach Anforderung unterschiedliche Funkfrequenzen und Antennengrößen einsetzen.
Unsere Richtfunkhardware bietet die Option einer sicheren AES-Verschlüsselung der drahtlosen Übertragungsschnittstelle.
Unsere Richtfunkverbindungen zeichnen sich durch extrem geringe Latenzzeiten aus und qualifizieren sich damit optimal für zeitkritische Anwendungen wie Voice over IP (VoIP).
Unsere Hardware erfüllt höchste Industriestandards und ist als Carrier-Grade für den zuverlässigen und performanten Einsatz in anspruchsvollen Netzwerkinfrastrukturen konzipiert.
Richtfunkverbindungen nutzen üblicherweise Frequenzen zwischen 6 und 80 GHz.
Die Wahl des optimalen Frequenzbereichs hängt maßgeblich von zwei Faktoren ab:
In kommerziellen Anwendungen werden in der Regel lizenzpflichtige Frequenzbereiche bevorzugt, da diese eine höhere Zuverlässigkeit und geringere Störanfälligkeit bieten. Die Nutzung dieser Frequenzen unterliegt strengen regulatorischen Vorgaben, um einen reibungslosen und störungsfreien Betrieb zu gewährleisten.
Richtfunkantennen sind essenziell für die Übertragung von Daten über große Distanzen per Funk. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, hochfrequente Signale gezielt zu bündeln und diese als scharfen Strahl von einem Sender zum Empfänger zu senden.
Die Wirkungsweise basiert auf dem Prinzip der Fokussierung. Ähnlich wie ein Scheinwerfer, der Licht bündelt, reflektiert der parabolische Reflektor einer Richtfunkantenne die von einem zentralen Punkt abgestrahlten elektromagnetischen Wellen so, dass sie parallel und in eine definierte Richtung gesendet werden. Dies erhöht die Effizienz der Übertragung und ermöglicht es, die Signalenergie über weite Strecken zu erhalten.
Durch diese gezielte Bündelung können störende Einflüsse minimiert und hohe Bandbreiten erreicht werden. Die präzise Ausrichtung beider Antennen – sowohl auf der Sende- als auch auf der Empfangsseite - ist entscheidend für die Leistungsfähigkeit und Stabilität der Richtfunkstrecke. Sie sind das Kernstück der drahtlosen Hochgeschwindigkeitskommunikation.
Fortschritte in der Antennentechnik, wie z. B. MIMO (Multiple-Input Multiple-Output), ermöglichen eine höhere Datenübertragungsrate und eine verbesserte Signalqualität.
Aktive Antennensysteme kommen heute in Point-to-Multipoint-Systemen vor. Sie bestehen nicht aus einer einzelnen Antenne sondern einem Antennenarray. Hier wird mit elektronischer Strahlformung die optimale Richtwirkung zu den einzelnen Antennen erreicht. Die Technologien hinter dieser Aufbau nennt man Beamforming bzw. Beamsteering.
Vereinfacht erklärt: Beamforming formt den Strahl, und Beamsteering lenkt diesen Strahl. Beamsteering setzt also in der Regel Beamforming-Techniken ein, um die Richtungsänderung zu realisieren.
Im E-Band Bereich erreicht man heutzutage die größten Übertragungsraten. Allerdings ist die Reichweite mit vernünftiger Verfügbarbeit auf 3 km begrenzt. Mit Hilfe von Multiband Antennen konnten die Einsatzmöglichkeiten auf 5 km gesteigert werden. Neue Antennenentwicklung wie IBT - Antennen (Intelligent Beam Tracking) ermöglichen auch größere Antennen im E-Band und somit mehr Reichweite bei der Übertragung.
Atmosphärische Bedingungen wie Regen, Schnee und Nebel können die Zuverlässigkeit von Richtfunkverbindungen für große Datenmengen beeinträchtigen. Daher ist die Wahl und Anpassung der Modulationsverfahren entscheidend, um trotz dieser Einflüsse eine stabile und effiziente Übertragung zu gewährleisten.
Die Modulation ist ein Prozess, bei dem die zu übertragende Information (das Basisbandsignal) auf eine höherfrequente Trägerwelle aufgeprägt wird.
Dies ist notwendig, da niederfrequente Signale sich nicht effizient über größere Distanzen ausbreiten können und Antennen für diese Frequenzen unpraktisch groß wären.
Durch die Modulation werden die Eigenschaften der Trägerwelle - Amplitude, Frequenz oder Phase - entsprechend dem Informationssignal verändert.
Hauptsächlich wird im Richtfunk die Phasenmodulation (PM) und deren Varianten (PSK, QPSK, QAM) verwendet.
Zusätzlich wird die adaptive Modulation (ACM) verwendet. Dabei wird das Modulationsverfahren dynamisch an die aktuellen Funkbedingungen angepasst.
Bei guten Funkbedingungen wird ein hoch effizientes Modulationsverfahren verwendet, um die maximale Datenrate zu erzielen.
Bei schlechten Funkbedingungen wird auf ein robusteres Verfahren umgeschaltet, um die Verbindung aufrechtzuerhalten.
Wetterphänomene wie Regen, Schnee oder Nebel können die Übertragung von Richtfunksignalen erheblich dämpfen und somit die Verfügbarkeit der Verbindung beeinträchtigen.
Eine garantierte Verfügbarkeit von 99,995% ist daher ein entscheidender Faktor, der als Grundlage für eine präzise Funkfeldberechnung dient, um die Stabilität und Zuverlässigkeit der Richtfunkstrecke zu gewährleisten.
Die Stärke des Einflusses ist von der verwendeten Frequenz abhängig und muss in der Planungsphase berücksichtigt werden.
Detailierte Informationen auf unserer Spezialseite:
Die Übertragungsbandbreite hängt von der verwendeten Modulationsstufe und von der Kanalbandbreite ab.
Die Kanalbandbreite wird in der Frequenzzuteilung vorgeschrieben.
Nur im E-Band (80 GHz) sind sehr breite Kanäle (2000 MHz) verfügbar.
E-Band: 80 GHz - 2000 MHz
QPSK
2700 MBit/s
16 QAM
5400 MBit/s
32 QAM
6800 MBit/s
64 QAM
8100 MBit/s
128 QAM
9900 MBit/s
Klassischer Richtfunk: 18 GHz - 56 MHz
QPSK
74 MBit/s
16 QAM
150 MBit/s
32 QAM
228 MBit/s
64 QAM
250 MBit/s
128 QAM
323 MBit/s
256 QAM
373 MBit/s
512 QAM
417 MBit/s
1024 QAM
436 MBit/s
2048 QAM
500 MBit/s
4096 QAM
513 MBit/s
Latenz beschreibt die Verzögerung bei der Datenübertragung. Da Richtfunkverbindungen große Distanzen überbrücken können, lohnt ein Blick auf diesen wichtigen Parameter um zu bewerten wie leistungsfähig Richtfunk für zeitkritische Anwendungen ist.
Elektromagnetische Wellen breiten sich in der Luft nahezu mit Lichtgeschwindigkeit aus. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum beträgt exakt 299.792.458 Meter pro Sekunde. In der Luft ist sie geringfügig langsamer, aber für die meisten praktischen Anwendungen kann man sie auf ungefähr 300.000 Kilometer pro Sekunde runden.
Latenz = Distanz / Geschwindigkeit = 1 km / 300.000 km/s = 0,0000033 s = 3,33 µs
Dies ist die Theoretische Latenz, die allein durch die Laufzeit der elektromagnetischen Welle in der Luft entsteht. Alle aktiven Netzwerkkomponenten wie Router, Switche und andere Geräte die das Signal verarbeiten fügen immer eine gewisse Latenz hinzu.
In Glasfaserkabeln ist die Lichtgeschwindigkeit aufgrund des Brechungsindex des Glases reduziert. Ein typischer Wert liegt bei etwa 200.000 Kilometern pro Sekunde.
Pro Kilometer Glasfaser beträgt die Latenz ungeführ 5 Mikrosekunden (µs).
Latenz = Distanz / Geschwindigkeit = 1 km / 200.000 km/s = 0,000005 s = 5 µs
Typ
Distanz
Messwerte
80 GHz
250 - 1 km
30 - 41 µs
80 GHz
1 - 2 km
41 - 85 µs
80 GHz Multiband
3 - 5 km
350 - 350 µs
6 - 42 GHz
2 km
307 - 407 µs
60 GHz
50 - 900 m
750 - 980 µs
Für VoIP Telefonie sollten die Latenzen der Internetverbindung nach Möglichkeit immer unter 150 Millisekunden (ms) liegen. Höhere Latenzen können zu Gesprächsaussetzern bis hin zu Abbrüchen führen. Richtfunkverbindungen sind somit bestens geeignet, auch weit entfernte Standorte zu vernetzen.
Die Latenz in der Luft unterliegt unumstößlichen physikalischen Gesetzen, die durch die endliche Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen bestimmt werden. Folglich ist die einzige Möglichkeit, die Latenz über Funkstrecken physikalisch zu reduzieren, die Verkürzung der Distanz zwischen Sender und Empfänger.
Im Bereich der Datenverarbeitung werden innovative Hardwarelösungen entwickelt, um die durchlaufende Verzögerung signifikant zu minimieren. Ziel ist es, die Latenz pro Netzwerkgerät, auch Hop genannt, auf durchschnittlich lediglich 0,65 Mikrosekunden zu senken. Diese Reduktion der Verarbeitungszeit trägt maßgeblich zur Optimierung der Gesamt-Latenz in komplexen Netzwerken bei.
Der Haupteinsatzbereich ist der Finanzsektor, wo Millisekunden über Erfolg oder Misserfolg entscheiden können, ermöglicht eine geringe Latenz schnellere und präzisere Transaktionen.
Richtfunkverbindungen bieten ein hohes Maß an Sicherheit, da die Signale stark gebündelt und gerichtet übertragen werden, was ein Abhören im Vergleich zu anderen Funktechnologien erheblich erschwert.
Zusätzlich werden moderne Richtfunksysteme durch robuste Verschlüsselungsprotokolle und Authentifizierungsmechanismen geschützt.
AES (Advanced Encryption Standard) ist ein symmetrisches Verschlüsselungsverfahren, das im Jahr 2001 vom National Institute of Standards and Technology (NIST) als US-Regierungsstandard eingeführt wurde.
Es ist der Nachfolger des Data Encryption Standard (DES) und gilt als einer der sichersten und am weitesten verbreiteten Verschlüsselungsalgorithmen weltweit.
AES arbeitet mit variablen Schlüssellängen von 128, 192 oder 256 Bit und verschlüsselt Daten in festen Blöcken von 128 Bit.
Die Stärke von AES liegt in seiner robusten mathematischen Grundlage und seiner Effizienz sowohl in Hardware als auch in Software.
Es wird in zahlreichen Anwendungen eingesetzt, von der Verschlüsselung von Festplatten und Dateien über sichere Kommunikationsprotokolle (wie TLS für Webbrowser) bis hin zu sicheren drahtlosen Netzwerken (z.B. WPA2/WPA3). Die höchste Stufe, AES-256, gilt mit heutigen Rechenmethoden als praktisch unknackbar.
Wir setzen ausschließlich Geräte ein, die eine AES-Verschlüsselung für die Luftschnittstelle anbieten.
Aviat WTM-4000 Serie ist erste Hardwareplatform, die FIPS-140-3 Zertifiziert ist.
FIPS 140-3 (Federal Information Processing Standard Publication 140-3) ist ein US-amerikanischer und kanadischer Regierungsstandard, der die Sicherheitsanforderungen für kryptografische Module festlegt.
Er dient dazu, die Integrität und Vertraulichkeit von Daten zu gewährleisten, die von diesen Modulen verarbeitet werden.
Produkte, die eine FIPS 140-3-Zertifizierung erhalten, wurden von unabhängigen Laboren umfassend auf ihre Sicherheit und korrekte Implementierung kryptografischer Funktionen geprüft.
Dieser Standard ist weltweit anerkannt und wird häufig in sensiblen Bereichen wie der Finanz-, Gesundheits- und Regierungsbranche eingesetzt.
FIPS 140-3 ersetzt den älteren Standard FIPS 140-2 und wurde entwickelt, um den aktuellen Bedrohungen und Technologien im Bereich der Cybersicherheit Rechnung zu tragen.
Übliche professionelle E-Band-Systeme werden bis zu einer maximalen Distanz von 3 km eingesetzt. Bis zu dieser Entfernung kann eine hohe Bandbreite (10 GBit/s) und eine hohe Verfügbarkeit (99,995%) garantiert werden.
Multiband-Richtfunksysteme verschieben diese technische Grenze bis auf 10 km Entfernung.
Ein Multiband-System besteht aus 2 Radioeinheiten aus unterschiedlichen Frequenzbändern.
Hierzu wird eine spezielle Antenne verwendet, die gleichzeitig beide Frequenzen übertragen kann.
Üblich sind die Kombinationen 18/80 GHz oder 23/80 GHz.
Dieser Richtfunklink ermöglicht, durch die große Kanalbandbreite, eine Übertragungsrate von 10 GBit/s.
Eine hohe Verfügbarkeit ist nur bis 3 km zu garantieren. Bei guten Wetterbedingungen werden die 10 GBit/s auch bis 10 km fehlerfrei übertragen.
Dieses Frequenzband wird auch E-Band genannt.
Dieser Richtfunklink bildet das Backup in einem Multibandsystem.
Die Übertragungsrate liegt bei maximal 2,5 GBit/s. Die Verfügbarkeit bis zu 10 km allerdings noch bei 99,999%.
Dieses Frequenzband gehört zu den klassischen Richtfunkfrequenzbändern.
Ist das Wetter optimal, ist die maximale Datenrate von 10 GBit/s über den 80 GHz Link verfügbar.
Wird das Wetter schlechter, schaltet sich durch die adaptive Modulation die Datenrate immer weiter runter.
Der 18 GHz-Backup Kanal ist wetterunabhänigiger. Er bleibt länger mit maximaler Datenrate verfügbar. Dadurch verhindert er den Ausfall von wichtigen Datendiensten.
Diese Kombination erhöht die Reichweite von Richtfunkverbindungen mit 10 GBit/s auf ca. 10 km.
10 GBit/s
10 km
E-Band: 99,5 %
18 GHz: 99,999 %
Aviat Networks bietet ein Multiband-Richtfunk als One-Box Lösung an.
Die dafür genutzte WTM-4000 Platform macht unterschiedliche Radioeinheiten kombinierbar.
Installiert an einer Multiband-Antenne wird nur eine Outdooreinheit benötigt.
Dies spart Montageaufwand, Hardwarekosten und Antennengewicht.
Richtfunkverbindungen können hohe Bandbreiten übertragen, die für anspruchsvolle Anwendungen wie Videokonferenzen oder den Datenaustausch großer Dateien geeignet sind.
Moderne Richtfunksysteme erreichen hohe Verfügbarkeiten, die vergleichbar mit denen von Glasfaserverbindungen sind.
Richtfunkstrecken können im Vergleich zu Glasfaserverbindungen deutlich schneller realisiert werden, da keine aufwendigen Tiefbauarbeiten erforderlich sind.
In Gebieten, in denen der Ausbau von Glasfasernetzen teuer oder unmöglich ist (z. B. in ländlichen Regionen oder über geografische Hindernisse), können Richtfunkverbindungen eine kostengünstige Alternative darstellen.
Richtfunkverbindungen sind flexibel einsetzbar und können schnell an veränderte Anforderungen angepasst werden.
Richtfunk kann Entfernungen überbrücken, wo das Verlegen von Kabeln zu teuer oder unmöglich ist.
Richtfunk ermöglicht es Unternehmen und Organisationen, ihre eigenen unabhängigen Kommunikationsnetze aufzubauen, ohne auf die Infrastruktur von Drittanbietern angewiesen zu sein.
Um alle Anforderungsbereiche optimal abzudecken, umfasst unser Produktportfolio verschiedene Hersteller. Jeder dieser Hersteller ist Spezialist in einem Teilbereich und bietet hier zuverlässige und leistungsfähige Hardware.
Der US-amerikanische Hersteller Aviat Networks ist derzeit einer der größten Richtfunkherstellern im Bereich 6-80 GHz. Aviat hat mit der WTM-4000 Plattform weltweit die Expertise im Multiband Bereich.
Ceragon Networks Ltd. ist weltweit führender Anbieter von drahtlosen Backhaul-Lösungen an. Zu den neuesten Produkten des Unternehmens gehört die FibeAir IP-50 Plattform.
Die israelische Firma Siklu ist einer der marktführenden Hersteller für Richtfunkprodukte im Bereich 60 GHz (V-Band) und 70/80 GHz (E-Band). Ihre Produkte eignen sich besonders für kurze Funkstrecken mit hoher Bandbreite in städtischer Umgebung. 2023 wurde die Firma von Ceragon Networks aufgekauft.
Bevor eine sinnvolle Produktauswahl getroffen werden kann, müssen vorab die folgenden Fragen beantwortet werden:
Anhand der Distanz und der Datenrate lassen sich vier große Produktbereiche unterscheiden.
Kurzstreckenfunk: Lizenzfrei und sofort einsatzbereit
Im lizenzfreien V-Band (60 GHz) sind Übertragungsraten von 1 Gbit/s realisierbar.Allerdings ist die maximale Reichweite auf maximal 500m beschränkt.
In diesem Frequenzbereich existiert eine hohe Signaldämpfung durch Luft. Die Dämpfung durch atmospärische Gase (hauptsächlich Sauerstoff) erreicht hier ein Maximum von 16dB/km.
Reflexionen oder Nebensprechen sind fast nicht vorhanden. Eine Durchdringung von Hindernissen oder Gebäuden ist nicht möglich. Eine freie Sichtverbindung ist unbedingt notwendig.
Eine Überlastung durch WLAN-Netze wie im 2,4 und 5 GHz Bereich ist, wegen der geringen Reichweite von mehreren Metern nicht zu erwarten.
Full-Outdoor Richtfunksystem - 60 GHz
Das Richtfunksystem EH-600TX ermöglicht Punkt-zu-Punkt Verbindungen bis zu 500 Mbit/s.
Durch die leistungsstarke PoE-Out Funktion können Endgeräte wie z.B. Überwachungskameras direkt angeschlossen werden.
Da auch die EH-600TX per PoE versorgt wird, wird lediglich ein LAN-Kabel (Cat5e) für die Daten- und Stromversorgung benötigt.
Features:
Projektbeispiel
Hohe Bandbreite - Exclusive Nutzung
Dieser Frequenzbereich ermöglicht, durch die große Kanalbandbreite, eine Übertragungsrate bis zu 20 GBit/s.
Eine hohe Verfügbarkeit ist nur bis 3km garantiert. Bei guten Wetterbedingungen werden die 20 GBit/s auch bis 10 km fehlerfrei übertragen.
Eine Sonderstellung in dieser Unterteilung bilden unsere Multiband-Systeme.
Diese Systeme arbeiten mit 2 Sendern in verschiedenen Frequenzbereichen. Sie eignen sich für Distanzen zwischen 5 - 10 km.
Mit dem 80 GHz Sender kann eine hohe Datenrate von 10 Gbit/s erreicht werden. Gleichzeitig arbeitet als Backup-System ein 18/ 23 GHz Sender. Dieser stellt sicher, dass bei schlechten Empfangsbedingungen einen Mindestdatenrate verfügbar ist.
Full-Outdoor Richtfunksystem - 80 GHz
Die WTM-4800 ist ein Full-Outdoor Richtfunksystem im E-Band.
Es sind zwei Versionen erhältlich:
Features:
Projektbeispiel
Langstreckenfunk
In den klassischen lizenzierten Richtfunk-Frequenzbänder (6 bis 42 GHz) sind Bandbreiten bis 2,5 Gbit/s möglich. Die maximale Reichweite pro Link beträgt 120 km.
Diese Bänder sind exklusiv für bestimmte Nutzer oder Unternehmen reserviert, die eine Lizenz erworben haben. Dies reduziert Interferenzen und ermöglicht eine zuverlässigere Übertragung.
Split-Mount
Die Indoorunit CTR-8300 vereint Richtfunkeinheit, Ethernet Switch und IP/MPLS Router in einem Gerät.
Durch die passive Kühlung und die minimale Baugröße (eine HE hoch, ½ HE breit) sind die Einsätze vielfältig.
Mit ihrem kompromisslosen Design der CTR-8300 zeigt Aviat was aktuell bei Richtfunkhardware möglich ist.
Features:
Projektbeispiel
