接入网络:大有作为的无线接入网

  现代通信是朝着数字化、个人化、综合化(多媒体)、智能化、风格化发展,并且,要实现电话网、数据网、图像网三网合一。不论何种通信业务,不论是何种网络,最终是要把信息传送到用户,也就是说,无论是传统电话、IP电话,还是各种各样的数据或视频通信,都有一个共同的问题,那就是如何接入到用户。
  
  1.无线接入网
  众所周知,本地交换机(端局机)至用户之间的线路,叫本地环路(用户环路呀用户线)。这线路要占市话网投资50%以上甚至还多,而引起的故障却占70%以上,而传统上是用双绞铜线,只能传话音和低速数据,这本地环路已成为现代高速通信发展的“瓶颈”。
  
  ITU-T在建议G963中,建议提出接入网AN(Access Network)新概念:“由于现有的本地网络上处于向其他的交换与传送技术的演变之中,需要引进一个新的概念,这就是接入网”。
  
  ITU-T在1995年7月对接入网定义为:“用户接入网是由业务节点接口和相关用户网络接口之间的一系列传送实体(诸如线路设施和传输设施)所组成的为传递电信业务提供所需传送承载能力的实施系统”。接入网包括传输系统、复用设备、用户与网络接口设备以及数字交叉连接设备等。
  
  接入网可以部分(主分线器或分线器至用户)或全部(端局机至用户)替代本地环路,所以,有人把接入网称为本地环路。接入网接传输介质分为有线接入网和无线接入网。有线接入网最早用线缆接入,后来用光纤与同轴混合接入(HFC)、光纤接入和XDSL(HDSL、ADLS)等。
  
  无线接入网是大有作为的。因为它组网灵活、扩容方便、维护费用和运营成本低、安装快捷、系统简单、覆盖范围广,可适用于市区、市郊、农村(包括沙漠、海岛、高原等地形)。而且,可靠性和话音质量都很好。所以,无线接入网可以替代本地环路,可以用于有线铺设极困难的地方。更为重要的是,要实现任何人能随时随地不受时空限制与世界上其他任何人进行通信(个人通信),没有无线接入网是不可能实现的。
  
  无线接入网是用无线通信系统全部或部分替代传统的本地环路,所以,无线接入网又称为无线本地环路WLL(Wireless Local Loop)或无线用户系统WSS(Wireless Subscriber System)。无线接入网按用户终端分为固定无线接入网FWA(Fixed Wireless Access)和移动无线接入网MWA(Mobiled Wireless Access)。在固定无线接入网中,用户终端固定或只是在办公室、会议室或家中等场所作有限移动。相反,在移定无线接入网中,用户终端是移动的。固定无线接入不需要移动控制和越区切换功能,从而节省投资,相应地,固定无线接入网被大量使用,有的文章索性只提及FWA。
  
  2.无线接入网组成
  一般来说,无线接入网是由网络管理系统NMS(Network Management System)、基站控制器(Base Station Contriller)、基站BS(Base Station)和用户站SS(Subscriber Station)组成。用户站也称为无线网络终端RNT(Radio Network Terminal)。也可以不把NWS归入系统之中。
  
  NMS是一个操作维护中心,负责无线接入系统的设备故障诊断和操作维修,网络操作与网络管理,为网络管理与规划提供数据及统计。BSC是实现有线与无线信令代码的转换,提供与交换机、网络管理系统、基站的接口,并对无线信道的分配进行控制,并对基站监测,一个BSC可以控制多个BS(基站),BSC可以安装在电话交换局内,也可以安装在电话交换局外。基站BS由收发信机和控制单元组成,通过无线接口与用户站SS连接,通过有线或无线链路与控制器BSC相连接,并完成无线接口的认证和保密、无线资源管理和用户单元登记、路由选择等多种功能,一个基站覆盖半径可以是500米至50米(微区)或500米到5公里(微区),也可以是5公里到50公里(宏区),这决定所采用的接入方式。用户站是一个无线网络终端,它提供电话、数据、传真等标准接口,而与基站是通过无线接口相连接。用户站分为单用户站和多用户站两种,用户站与用户终端相连,用户终端可以是固定用户(双音频电话机、计算机、传真机等),也可以是手机,用户终端是手机时,用户终端也就是用户站。需要指出的是,虽然无线接入系统是由四部分组成,但是,不同厂家提供的系统在结构上是不同的,就是同一厂家按接入方式不同推出的系统也是有差别的。
  
  无线接入网按传输速率可分为窄带无线接入网(数据速率低于64kb/s),中宽带无线接入网(数据速率大于64kb/s而小于2Mb/s)和宽带无线接入网(数据速率大于2Mb/s)。窄带和中宽带无线接入是基于电路交换的,它们的系统结构是很类似,并且用图一可以代表,而宽带无线接入是基于分组交换的,是一点到多点的结构。
  
  3.无线接入网的接口
  对于一个无线接入系统是存在多种接口,那就是交换机与基站控制器接口,基站控制器与基站的接口,基站与用户站的接口,用户站与用户终端的接口,还有基站控制器与网络管理系统的Q3接口。
  
  本地交换机与基站控制器的连接,物理上可以采用双绞铜线、同轴电缆、微波线路或光纤等,其接口方式目前有两种,一种是用户线接口方式(Z接口),另一种是数字中继线(E1)接口方式(V5接口),Z接口是简单、灵活、可与各种交换机接口,V5接口把交换机与接入设备之间的摸拟连接改变为数字连接,V5接口具有开放性,可解决过去的设备费用高、数字业务发展难的缺点。V5接口可以支持多种接入,包括支持综合业务。
  
  表1 V5.1和V5.2比较
  V5.1                  V5.2
  1条E1(2048kb/s)链路          1至16条E1链路
  E1时隙与业务通道一一对应,无集成功能    时隙动态分配,支持集成功能
  不支持ISDN-PRA接入         支持ISDN-PRA接入
  无故障链路切换保护         有故障链路切换保护
  只对单路管理           可对多路管理
  V5接口是1993年由ETSI颁布,1994年ITU定义V5接口分为V5.1和V5.2。V5是建立在E1接口基础上,用一个时隙传送公共控制信号,其他时隙传业务信号。V5.1由单个2048kb/s链路构成,V5.2由1-16个2048kb/s链路构成(表一)。V5支持的业务有电话、ISPN和专用线业务等。
  
  基站控制器与基站之间的接口,物理上可用双绞铜线、同轴电缆、光纤等,而不同的产品采用不同协议,大多数为专用协议,基站与用户站之间采用无线全双工通信方式,即用频分双工(FDD)和时分双工(TDD),它们的接口是空中接口,包含无线接口、信令与语言编码及传输内容,而无线空中接口包括无线频道划分、无线调制方式、多址双工方式、发射功率及控制等。空中接口是随着采用无线接入方式不同而相异。用户站与用户终端的接口是采用标准的与PSTN用户线接口,也就是满足Z接口标准接口和T接口标准。应该指出,在无线接入网的多种接口中,V5接口和空中接口是极为重要的。
  
  4.接入方式
  ITU-T于1995年定义无线接入网,所以,有人就认为“无线接入网市场从1996年起动”,其实不然。早在70年代就有一点多址的无线接入系统,即被称为第一代系统。时至今日,无线接入网的接入方式有多种,原则上可以说,各种现有的无线通信方式均可作为无线接入方式,但是,现有的无线通信方式都不具备V5接口,而又不能提供与有线接入一样的话音质量,所以,往往不能直接用于无线接入,而必须加以改造或专门设计,专门设计制造的无线接入网称为专用无线本地环路,用户是固定的,这个系统称固定无线接入网,朗讯(现AT&T)的WSS系统、阿尔卡特的A9500系统、大唐集团的WL-3.0系统和DSC采用CDMA技术的Airspan系统属于此类。第二类是由原来的通信系统改造(即简化)而来,不论是专门设计还是简化原来的系统,所用的无线技术(即接入方式)大致有:
  
  (1) 利用跳频技术。以色列TADITAN Telecommumicatons Ltd.推出的Multi Gain Wireless系统是代表性的用跳频技术的无线接入系统。系统工作频率为900MHz至2.7GHz,覆盖范围为500米(全向)至10公里(扇形)。
  
  (2) 利用微波技术。常用一点多址技术,属于固定无线接入,系统由连接本地交换机的中心站、外围站和中继站组成。产品有加拿大的SR-500、ALcatel的A9800、NEC的DMMSS,大唐集团的PMP1560等。系统工作频率1.5GHz 、1.9GHz和2.4GHz,覆盖范围可以是5-60公里,也可以是600公里(通过中继站)。
  
  (3) 利用卫星通信技术。卫星通信是利用卫星作中继,(图略)按卫星轨道分有静止轨道卫星(GEO)通信,中轨道卫星(MFO)通信和低轨道卫星(LEO)通信,而按地球站天线直径分为A站、B站、C站和E站及甚小口径地球站VSAT(Very Small Aperture Terminal)。VSAT系统由VSAT主站、卫星和VSAT站组成,VSAT主站作基站用并兼网络管理中心,VSAT站作用户站用,目前全球已建成180多个VSAT系统,我国有70多个VSAT系统。休斯网系统公司的Direcpc是典型的利用VSAT系统作接入。卫星通信工作频率有C波段(如4/6GHz)、Ku波段(如11GHz/14GHz)、Ka波段(如20/30GHz),卫星通信有许多特点,如对距离和气象条件不敏感和覆盖面大。
  
  (4) 基于蜂窝技术。用模拟(AMPS NMT、 ETACS)和数字蜂窝(GSM800,DAMPS,CDMAONE,PDC等)技术中任何一种经过简化均可以构成无线接入网,可以是直接接入PSTN交换机的固定网,如诺基亚的GSMWLL系统,也可以是通过移动交换机接入PSNT的移动网,如北电网络的ProximityG900,还可以是混合网,如Motorola的CDMA WILL系统,CDMA 无线接入有优越性,所以基于CDMA的无线接入系统较多,著名的系统除Motorola的CDMA WLL系统外,有AT&T公司的Airloop系统,DSC公司的AIRSPAN系统,Qualcomm公司的QCTEL、Granger公司的CD2000等。
  
  (5) 采用大区制技术。大区制技术有功率大、覆盖范围大、系统投资少等特点,用大区制技术构成的无线接入网可用于人口分散的地区,AT&T的WSS是采用大区制技术的无线接入系统,WSS使用AMPS频段是支持