无线接入技术及其在数据传输中的应用

  一、概述  
  无线接入是指在交换节点到用户终端之间的传输线路上,部分或全部采用了无线传输方式,其采用的技术主要包括微蜂窝技术、蜂窝技术、微波点对多点技术和卫星通信技术。广义上讲,无线接入包括固定无线接入(FWA)和移动无线接入两大类。其中,固定无线接入又称无线本地环路(WLL),其用户终端(电话机、传真机和计算机等)固定或只有有限的移动性。主要的固定无线接入系统包括:多路多点分配业务(MMDS)、本地多点分配业务(LMDS)、一点多址微波系统、卫星直播系统(DBS)。固定无线接入是原有的固定无线接入系统是作为PSTN/ISDN网的无线延伸而发展起来的,但是随着LMDS和MMDS等宽带无线接入系统的出现,固定无线接入在多媒体数据传输以及互联网应用等方面显示了强大的实力,已经成为城市接入网建设的主要辅助方案。
  
  移动无线接入主要指用户终端在较大范围内移动的通信系统的接入技术。它主要为移动用户提供服务,其用户终端包括手持式、便携式、车载式电话等。主要的移动无线接入系统包括:
  
  (1)无绳电话系统: 它可以视为固定电话终端的无线延伸。无绳电话系统的突出特点是灵活方便。固定的无线终端可以同时带有多个无线子机,子机除和母机通话外,子机之间还可以通信。主要代表系统是DECT、PHS和CT2。
  
  (2)移动卫星系统: 通过同步卫星实现移动通信联网,可以真正实现任何时间、任何地点、与任何人的通信。它的最大特点是利用卫星通信的多址传输方式,为全球用户提供大跨度、大范围、远距离的漫游和机动灵活的移动通信服务,是陆地移动通信系统的扩展和延伸,在边远的地区、山区、海岛、受灾区、远洋船只、远航飞机等通信方面更具有独特的优越性。整个系统由三个部分构成:空间部分(卫星)、地面控制设备(关口站)和终端。
  
  (3)集群系统:专用调度指挥无线电通信系统,应用广泛。集群系统是从一对一的对讲机发展而来的,现在已经发展成为数字化多信道基站多用户拨号系统,它们可以与市话网互连互通。
  
  (4)无线局域网: 无线局域网(Wireless LAN)是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。它不受电缆束缚,可移动,能解决因有线网布线困难等带来的问题,并且组网灵活,扩容方便,与多种网络标准兼容,应用广泛等优点。过去WLAN曾一度增长缓慢,主要原因在于传输速率低、成本高、产品系列有限,而且很多产品不能相互兼容。随着高速无线局域网标准IEEE802.11的制定以及基于该标准的10Mbps乃至更高速率产品的出现,WLAN已经在金融、教育、医疗、民航、企业等不同的领域内得到了广泛的应用。
  
  (5)蜂窝移动通信系统:70年代初由美国贝尔实验室提出的,在给出蜂窝系统的覆盖小区的概念和相关理论之后,该系统在70年代末得到迅速的发展。第一代蜂窝移动通信系统即陆上模拟蜂窝移动通信系统,用无线信道传输模拟信号;第二代蜂窝移动通信系统,采用数字化技术,具有一切数字系统所具有的优点,代表性的是泛欧蜂窝移动通信系统GSM和北美的IS-95 CDMA;目前二代半系统如GPRS、CDMA2000-1X已经大规模商用,为广大用户提供可靠、中速的数据业务服务以及传统的电话业务;第三代蜂窝移动通信系统也已经走出实验室,开始在部分国家和地区开始正式商业运营。
  
  二、我国关于无线接入技术的频率
  规划为了合理有效地使用宝贵的频谱资源,保证我国无线通信技术健康、快速、稳定地发展,规范我国无线通信市场的秩序,无线电委员会对无线接入技术频段的使用、双工方式的选择、技术体制的应用进行了详细的规划。
  
  频段:460.5-462.0MHz(下行)/450.5-452.0MHz(上行),双工方式:FDD,技术体制:FDMA。该频段主要用于农村无线接入系统,但是并不是农村无线接入系统专用频段。在互不干扰的前提下,在该频段以及各省、市、自治区无线电管理委员会办公室有权指配的464.100-467.075MHz(下行)/454.100-457.075MHz(上行)频段内,农村无线接入系统也可以和常规的调频对讲机、集群系统共存。这类系统的缺点是频率利用率不高,且可用频率资源少,主要适用于地广人稀/话务量低的农村地区。
  
  频段:1900-1920MHz,双工方式:TDD,技术体制:DECT、PHS、PACS、GSM、CDMA、数字无绳技术
  
  该频段主要用于公网或专网的无线接入。为避免相互干扰,无委会规定1900-1915MHz频段用于PHS技术,1905-1920MHz频段用于DECT技术。对于其它类似的TDMA/CDMA TDD方式的无线接入技术及微功率(短距离)数字无绳电话接入技术按信息产业部无线电管理局相关文件要求与DECT及PHS进行频率共用。
  
  频段:1800-1805MHz,双工方式:TDD该频段主要用于公网或专网无线接入系统。在该频段内可使用具有我国自主知识产权的SCDMA技术。
  
  频段:1960-1980MHz(下行)/1880-1900MHz(上行),双工方式:FDD,技术体制:TDMA和CDMA
  
  在2002年底前,该频段可用于公网无线接入。为满足我国第三代移动通信系统的核心频段的频谱需求,该频段仅作为临时过渡规划,该频段内的无线接入系统设备只能使用至2002年底止。
  
  三、无线接入的主要技术体制及其在数据传输中的应用
  1、固定无线接入系统
  
  根据系统可以提供的带宽和数据接入速率,固定无线接入系统可以分为窄带系统和宽带系统。窄带固定无线接入系统是无线接入技术的早期形式,因为与传统的有线环路相比其建设周期短、维护容易,而且可以克服某些复杂的地理环境限制,所以是有线方式很好的补充,在电信设施薄弱、又急需提供电信业务的发展中国家得到迅速发展和推广。对于地广人稀、地理环境复杂的广大农村地区窄带固定无线接入是较适合的通信手段,这其中比较典型的系统为450MHz FDMA固定无线接入,其中包括华为的ETS450、大唐的TSAWF-1、中兴的ZXWLL 450M模拟无线接入通信系统。但是这类窄带固定无线接入技术的应用却没有像人们所预期的那样广泛,主要是由于该类系统采用模拟技术,频带利用率低、系统容量小,而且产品稳定性不够,提供新业务的能力有限,尤其不能满足数据通信的要求。所以,目前窄带固定无线接入系统已经逐渐退出了主要市场的竞争。
  
  无线化和宽带化是当今通信业乃至整个信息业的热点,两者的结合更引人注目。作为一种极具竞争实力的网络接入选择,固定宽带无线接入技术目前正迅速走红。运用该技术可以将数据、Internet、话音、视频和多媒体应用传送到商业和家庭用户。固定宽带无线接入技术的发展基于以下三个事实:数字调制技术和压缩技术的发展提高了频率利用率;高频无线传输技术的改进,使得用10G以上无线频率进行数据传输成为可能,大大丰富了频率资源;IP、ATM技术与无线传输技术的有机结合。目前,宽带固定无线接入技术主要包括LMDS和MMDS。其主要特点如下:
  
  (1)工作频带宽,系统容量大。LMDS的带宽可以达到 lGHz,能够支持高达155Mbps的用户数据接入,可以同时为大量用户提供业务服务。
  
  (2)基础设施投资少,建设周期短,运营维护成本低;而且系统安装调试简单,可以迅速为用户提供服务。
  
  (3)灵活性强,扩容简单方便。无线系统具有良好的可扩充性,可根据用户需求进行系统设计或动态分配系统资源,不会造成资金或设备的浪费。
  
  (4)业务丰富。可同时向用户提供话音、数据、视频等综合业务,满足用户对数据业务的要求,并可以提供多种承载业务。
  
  1.1本地多点分配业务 (LMDS)
  
  LMDS是近年来逐渐发展起来的一种工作于2.4GHz频段的宽带无线点对多点接入技术。国际上尚未制定统一的LMDS标准,不同国家分配给LMDS的频段也不同,目前大部分LMDS系统都工作在27.5~29.5GHz频段。LMDS利用毫米波传输,提供双向话音、数据及视频图像业务,可以实现 N× 64kbps、 2Mbps到155Mbps的用户接入速率,可靠性高。使用LMDS,可以使宽带业务克服铜线电缆本地环路这一瓶颈,满足用户对高速因特网和数据通信日益增长的需求。
  
  LMDS系统通常由基础骨干网、基站、用户终端设备和网管系统组成。骨干网可由 ATM或 IP的核心交换平台及因特网、 PSTN网互连模块等组成。基站实现骨干网与无线信号的转换,可支持多个扇区,以扩充系统容量。一般来说,用户终端都有室外单元(含定向天线和微波收发设备)和室内单元(含调制解调模块及网络接口NUI)。LMDS用户设备的接口形式也比较多样化(有DS0、POTS、10BaseT、ATM等),能满足不同用户的需求。LMDS系统采用FDD方式进行双工通信,多址方式为FDMA或TDMA。 FDMA适合大量连续非突发性数据的接入,TDMA适合支持多个突发性或低速率数据用户的接入,运营商可以根据用户业务的特点及分布来选择合适的多址方式。正交振幅调制技术(QAM)、蜂窝技术和扇区分割技术的使用提高了LMDS系统的频率复用率,增加了系统容量。LMDS系统也存在一些固有的技术问题,如雨衰大,直接影响工作在雨量大的地区的系统的稳定性和可靠性;基站与用户终端之间必须可视,保证视距传输(LOS);传输距离有限;这些都是高频段通信系统共有的问题。 1.2 多路多点分配业务( MMDS)
  
  MMDS是一种点对多点分布、提供宽带业务的无线技术,适用于中小企业用户和集团用户。MMDS可以为用户提供互联网接入、本地用户的数据交换、话音业务和VOD视频点播业务,并提供T1/E1、100Base-T和OC-3接口与其它网络连接,。 MMDS最初用于传输单向电视和网络广播,1970年FCC在2.5GHz上划分了200MHz(2.5G~2.7GHz)给无线电信运营商,其中共有31个信道,每信道带宽6MHz。1998年9月,FCC批准运营商可以采用双向的数据业务传输,允许更加灵活地使用MMDS频谱,同时MMDS的数字化发展也使得它更具竞争力。 MMDS的覆盖范围很广,适用于用户分布分散的情况。
  
  MMDS采用正