.5GHz固定无线接入系统及LMDS本地多点分配接入系统技术

  作者:窦 笠 王靖宇 李松林
  1 3.5 GHz固定无线接入系统技术特性
   1.1 概述
     3.5GHz固定无线接入系统是一种点对多点、提供宽带业务的无线技术。它适用于中小企业用户和集团用户。可透明传输业务,在基站端与网络的接口为T1/E1、100Base-T、OC-3或V5接口与骨干网相连,在用户端的接口为E1、FR、N×64 kbit/s、POTS、10Base-T、ISDN接口等,可以为用户提供Internet的接入、本地用户的数据交换、语音业务和VOD视频点播业务。可选择基于电路方式、IP方式或ATM方式的设备。3.5 GHz固定无线接入系统可用带宽为2×31.5 MHz,需要准视距传播,支持多扇区组网,支持QPSK、16QAM、64QAM调制方式。
   1.2 3.5 GHz固定无线接入系统技术特点
   3.5 GHz固定无线接入系统没有统一的空中接口标准,因此技术特点也因各种设备的不同而不同。由于系统设备和用户站的位置是固定的,不存在漫游等问题,接口的不兼容基本不影响设备的使用。系统提供的业务能力和射频指标等,应该符合我国的标准。
   1.2.1 系统组成
   3.5 GHz固定无线接入系统主要由三部分组成,包括基站,终端用户站和网管系统,如图1所示。
   
  图1 3.5GHz固定无线接入系统组成
   基站,又称为中心站,主要汇聚中心射频站的业务和信令数据,并提供至网络侧的接口。中心站主要负责对远端站进行覆盖,并提供至中心控制站的接口。
   终端用户站位于用户所在地,可服务于一个或多个用户终端设备,其射频收发设备可以分立实现,也可以集成实现,一般包括室内单元,和室外单元。通常采用口径较小的室外定向天线,用户端业务接口为各种用户业务提供接口,并完成复用/解复用功能。
   网管系统主要与中心站、终端站通过带内、带外、串口等几种方式完成中心站和远端站的配置、性能、故障、安全管理、以及计费功能。目前的3.5 GHz固定无线接入系统产品的网管系统,基本上采用SNMP协议。一般来说各厂家的设备都可以提供下面的网络管理功能,但不同设备网管系统间互相不兼容。
   虽然目前的3.5 GHz固定无线接入系统的网管系统功能还不全面,例如计费的功能还不完善、在兼容性方面还存在一定问题,但不影响设备的正常使用和目前业务的开展。
   1.2.2 无线特性
   根据信息产业部无线电管理局《接入网技术要求-3.5 GHz固定无线接入》的规定,FDD方式固定无线接入系统工作频段如下:
     ● 终端站发射频段:3 399.5MHz~3 431.0MHz;
     ●中心站发射频段:3 499.5MHz~3 531.0MHz;
     ● 收发载频间隔100 MHz。
   可采用的波道配置方案有4种,信道间隔分别为:1.75 MHz、3.5 MHz、7 MHz和14 MHz。可采用FDMA、TDMA、CDMA多址方式。调制方式有BPSK、QPSK、4QAM、16QAM、64QAM等,基站覆盖范围典型值为10 km,最大可达到20多公里,基站和用户站之间需要视距传输,可利用频分和极化方式的不同,分为1~24扇区。
   采用蜂窝式覆盖时,可用频率越多越便于蜂窝式网络规划。
     3.5 G无线接入系统一般都具备简单的功率控制功能,调节基站和终端站的发射功率,不同的厂家机制不同。也具备简单的无线链路加密功能,不同厂家的加密方式不同,可满足普通用户和一般企业的需求。
   容量以Mbit/s/扇区/载频来计,目前的设备中最大可达到8 Mbit/s/扇区/3.5 MHz载频,最小1.3 Mbit/s/扇区/载频。
   每个基站的总容量=Mbit/s/扇区/载频×扇区数/基站×载频数/扇区。
   典型的有4扇区、8扇区等,最大可达到24扇区。扇区数越多,每个基站可提供的容量也就越大。如果采用8扇区则每个基站每个载频可提供的容量最大可以达到:8×8=64 Mbit/s。由于提供的带宽有限,每扇区可支持的用户站有限,根据业务不同,每扇区支持的用户站数量不同,一般都在两三个到10个左右。因此,在用户数量较多的情况,就需要采用较多的扇区。
   频谱利用率是以扇区、每赫兹频率提供的净载荷来计,单位是bit/s/Hz。频谱利用率和系统的调制方式以及编码方式相关,不同设备有差异。
   1.2.3 性价比的考虑因素
   在考虑性能价格比时主要应考虑的因素有:系统提供的容量,覆盖范围,单扇区设备的价格,终端站的价格,还可考虑其他调节因素,例如:终端站价格,设备的可靠性,安装维护的方便性,服务等。
   由于3.5 GHz固定无线接入系统目前在国内还没有大规模商用,价格还存在不确定的因素,目前基站设备的价格大约在每扇区每载频25万元左右,每个用户站的价格大约在2万元左右。
   1.3 3.5 GHz固定无线接入系统业务特点
   1.3.1 业务种类
   3.5 GHz固定无线接入系统可以提供的业务包括面向连接的语音/数据业务和面向无连接的各种IP业务。
   其中面向连接的业务有:
   ●ISDN 2B+D或30B+D;
   ●低于E1的电路承载业务,如64 kbit/s,N×64 kbit/s等无线DDN;
   ●E1或高于E1的数字电路承载业务。
   面向无连接的业务有:
   ●基于IP方式的实时业务,如IP电话;
   ●因特网接入(WWW浏览、E-mail、高速文件传输等);
   ●局域网互连;
   ●VPN。
   各种厂家设备提供的网络侧接口有E1, V.35/X.21, ATM, ETH10/100等,用户站提供的接口有E1,100Base-T、10Base-T,ATM,ISDN,帧中继等。
   1.3.2 业务应用
   3.5 GHz固定无线接入系统主要可用于中小企业和居民小区包括:写字楼、工厂、商场、商店、银行分行、个体企业、公寓、学校以及具备一定个人需求的智能住宅小区的接入。
   特别提出的是3.5 GHz固定无线接入系统的站间传播距离较大,链路受雨衰的影响较小,比较适合PHS以及移动通信系统的基站控制器和基站之间的站间传输。尤其在公司传输资源缺乏的地区,是提供移动通信系统传输的经济手段。
   2 本地多点分配接入系统(LMDS) 技术特性
   2.1 概述
     LMDS(Local Multipoint Distribute Service)——本地多点分配接入系统是一种崭新的宽带无线接入技术,1998年被美国电信界评选为十大新兴通信技术之一。由于该技术利用高容量点对多点微波传输,可以提供双向话音、数据及视频图像业务,能够实现从N×64 kbit/s到2 Mbit/s,甚至高达155 Mbbi/s的用户接入速率,具有很高的可靠性,号称是一种“无线光纤”技术。
   LMDS系统工作在20~40 GHz频段,当前应用最广的是在24/26/28 GHz、38 GHz。目前世界上尚无统一的LMDS技术标准,各国的运营商都根据自己的情况,采用各自的技术体制。
     信息产业部无线电管理局于2001年11月向各省、自治区、直辖市无线电管理机构和全军无委办公室下发了《关于发布26GHz频段FDD方式本地多点分配业务(LMDS)频率规划(试行)的通知》,决定将24.45GHz~27GHz频段的部分频率作为FDD方式LMDS使用频率(试行)。
     我国FDD双工方式的LMDS系统目前的工作频段率范围为:24 450~27 000 MHz,其中已分配频段如下:
   ●中心站发射频段:24 507~25 515 MHz;
   ●终端站发射频段:25 757~26 765 MHz;
   ●同一波道收发频段间隔为1 250 MHz。
   LMDS在该频段上可采用的波道配置方案有4种,基本信道间隔为:3.5 MHz、7 MHz、14 MHz和28 MHz。可根据具体业务需求将基本信道合并使用。
   2.2 LMDS系统特点
   2.2.1 LMDS系统组成
   LMDS一般基于无线ATM技术,直接与ATM骨干网实现无缝融合。LMDS系统通常由3部分组成:基站(也称中心站)、用户端设备(也称远端站)和网管系统见图2。
  
  图 2 LMDS系统结构框图
   LMDS系统通过基站的接口模块连接到基础骨干网。基础骨干网由光纤或微波传输网实现,包括ATM交换或IP交换或IP+ATM的核心交换平台以及与Internet、PSTN的互连模块等组成。
   基站设备包括与基础骨干网络相连的接口模块、调制解调模块(IDU,室内单元)和微波收发模块(ODU,室外单元)。基站可支持全向天线和扇区天线。微波收发模块通常安装在楼顶或塔顶。目前基站与基础骨干网络的常用接口是STM-1、E1等。
   用户端设备包括室外单元(ODU,含定向天线、微波收发设备)和室内单元(IDU,含调制解调模块和网络接口模块),室外定向天线类似于用来接收卫星直播信号的单波束抛物面微波反射器。用户端设备的目前常用接口包括POTS、10Base-T、帧中继、E1等,可支持多种应用。
   网管系统完成告警、故障诊断、系统配置、系统性能分析和安全管理等功能。但目前各厂家网管标准不统一,给运行维护带来问题。
   2.2.2 LMDS系统设备情况
   LMDS系统采用的双工方式可以是FDD方式或TDD方式。两种方式各有优缺点,由于标准不统一,各个设备厂商考虑的不一样。从基本上来说,TDD使用一个共享的总带宽用于上行和下行通信,发送和接收在不同的时间进行,分配给每个方向的带宽是灵活可变的。在需要时甚至可以将全部的带宽用于发送或接收;而FDD则将总带宽分成上行频带和下行频带两个相对固定的部分,上下行之间有一个保护带宽,上下行的容量是固定的。
   对于用户来说,选择LMDS主要为传送数据业务和高速接入Internet;系统上下行的数据流量是随着时间变化的,用户只在特定的时候需要较宽的带宽。从效率上说,采用TDD方式比采用FDD方式具有更高的频带利用率。但是从技术上来说,采用FDD方式由于带宽分配是固定的,对设备