宽带无线接入LMDS技术

  
  
     接入网近年来被人们逐渐重视,解决网络接入部分带宽不足的瓶颈问题成为人们网络建设的重点。ADSL,VDSL,ATM无源光,LMDS等宽带接入手段是倍受关注的新兴的接入网解决方案。在已闭幕的2000年中国接入网高级研讨会上,LMDS技术成为了众多厂商和电信部门的焦点。LMDS技术具有高带宽高速率、网络架设快、投入成本低、扩容迁移方便等特点,为众多电信运营商提供了接入网建设方案的新途径。
  
   LMDS是Local Multipoint Distribution Services的缩写,中文译作本地多点分配业务。这是一种微波的宽带业务,工作在28GHz附近频段,在较近的距离双向传输话音、数据和图像等信息。
  
   LMDS采用一种类似蜂窝的服务区结构,将一个需要提供业务的地区划分为若干服务区,每个服务区内设基站,基站设备经点到多点无线链路与服务区内的用户端通信。每个服务区覆盖范围为几公里至十几公里,并可相互重叠。
  
   目前各国的核心网络建设均初具规模,基本可满足当前通信的需求。而突出的矛盾体现在接入网方面,即用户与核心网络的连接部分。这一问题是通信向宽带、智能、个人化发展的关键,因此我国也把研究、发展和建设接入网列为重要任务。
  
   从技术上来说,按照使用的媒介不同,接入网可划分为有线接入网和无线接入网,无线接入分为移动无线接入和固定无线接入。移动无线接入就例如我们熟悉的移动电话接入等,用户是可移动的,而固定无线接入与此正好相反,用户基本是固定不动的。按照这样的分类标准,LMDS属于无线固定接入手段,而它最大的特点在于宽带特性,可用频谱往往达1GHz以上。
  
   随着Internet的高速普及与多媒体技术的飞速发展,用户对带宽的要求越来越高,有线接入手段无法跟上发展的速度:传统的铜线、电缆,已完全不能满足传输的要求,如果添加额外的调制和压缩设备,成本又往往是用户所不愿负担的全光缆网络将是比较完美的解决方案,但对基础网络的要求过高,即使在发达国家也还需要一段时间才能实现折衷的光纤电缆混合方案(HFO在很多国家并不适合,因为光纤与电缆往往掌握在不同的部门手中,由于法规的限制及各自利益的保护,混合使用难于实现。
  
   普通的无线接入系统均是窄带系统,工作在450M、800M等,针对低速的话音和数据业务。而LMDS 的宽带特性,决定它几乎可以承载任何种类的业务,包括话音、数据和图像等:
  
   *话音业务
  
   LMDS系统可提供高质量的话音服务,而且没有时延。系统可提供标准接口,如RJ-11。
  
   *数据业务
  
   LMDS的数据业务包括低速数据业务、中速数据业务和高速数据业务。具体数据速率可支持1.2K- 155Mbit/s,并支持多种协议,包括帧中继、ATM、TCP/IP等。
  
   *图像业务
  
   LMDS可支持模拟和数字图像业务,可提供的图像信道包括150条远程节目、10条本地节目,还可提供最少10条PPV节目信道。系统的信号可以从卫星来,也可以是本地制作的;可以是加密的,也可以未加密。
  
   LMDS系统的优势与局限
  
   除了上述宽带特性,LMDS还具有无线系统所固有的优点,如建设成本低,项目启动快,建设周期短,维护费用低等:
  
   1.项目启动快,工程完成快
  
   无线系统与有线系统相比,很大的优势在于工程的启动与实施非常迅速。尤其在大城市,有线工程往往要经过市政等部门的审批,因为对道路、绿地等环境破坏较大,而且施工量大,要受到多种因素的制约。
  
   2.前期投资比例较小,后期扩容能力强,投资回收快
  
   LMDS系统的投资包括中心基站设备,用户端设备,网管系统和其它附加费用。由于LMDS是一种利用基站覆盖用户端设备的体制,所以在网络初期,只需小部分投资建立一个配置较简单的基站,覆盖若干用户即可开始运营。随着用户数量的增加,可提高基站的配置,增加用户端设备,
   逐步扩容,逐步追加投资。所以投资回收也很快。
  
   3.可以根据用户需要进行建设
  
   在网络正是投入运营之前,往往很难准确推算用户的业务需求发展情况,传统接入网络中,用户对带宽和新业务的不断的需求往往使服务商深感头疼。而LMDS系统的基站、扇区覆盖体制,用户端设备的模块化结构,使容量扩充和新业务提供都很容易,服务商可以随时根据用户要求,
   添加所需的设备,提供新的服务。
  
   4.网络运行、维护费用比较低
  
   这是无线系统自身固有的优势。
  
   LMDS系统的局限性有:
  
   *服务区覆盖范围较小,不适合远程用户使用。
  
   *基站设备相对比较复杂,价格较贵,所以用户少时,平均每用户成本较高。LMDS自身的特点,决定它更适合于大城市的城区或其它人口比较稠密的地区。
  
   3.由于工作频率高,通信质量受雨、雪等天气影响较大。
  
   LMDS网络组成
  
   一个完善的LMDS网络是由四部分组成的:
  
   *骨干网络
  
   *网络运行中心(NOC)
  
   *服务区中的基站系统
  
   *服务区中的用户端设备
  
   各个基站的数据送入骨干网络,完成话音交换、 ATM交换、IP交换等,并连入国际出口,如 Internet出口等。为管理服务区的设备和用户,往往设立网络运行中心(NOC)。
  
   通常,LMDS设备厂商提供服务区的设备,包括基站系统和用户端设备,及网络运行中心的软件,而骨干网络,作为基础设施,由电信服务商建设。
  
   目前市场上,研制和生产LMDS设备的厂商多集中于北美,如P-COM公司、北方电讯,新桥网络等。设备厂商们对LMDS设备的深入研究,主要是由于北美国家对LMDS的浓厚的兴趣,尤其是1998年3 月 FCC对频率许可证的公开拍卖更掀起了LMDS热潮。许可证拍卖后,中标公司开始着手建网工作,其中拥有多个市场LMDS许可证的Winstar公司从1998年年中开始,在美国的华盛顿特区、洛杉矶等大城市进行了LMDS系统安装。在这些项目的建设中,Winstar公司采用的都是美国P-COM公司的LMDS 系统。
  
   1999年1月7日,P-COM与Winstar公司共同宣布,世界上第一套商用LMDS系统投入正式运行,利用 P-COM公司的LMDS系统,为用户提供高速Internet接入,会议电视,视频点播,LAN互连以及话音服务,取得了非常好的商业效果。自此以后,两公司紧密携手,在美国本土以及国际市场,大规模开展LMDS业务。
  
   下面将以P-COM的LMDS系统的基站系统为例,介绍LMDS设备P-COM公司的LMDS系统包括基站系统和用户端设备两部分。
  
   基站系统
  
   基站系统负责进行用户端的覆盖,并提供骨干网络的接口,包括PSTN、Internet、Frame Relay、ATM、ISDN等。
  
   P-COM的LMDS系统的基站系统采用扇区覆盖,即使用在一定角度范围内聚焦的喇叭天线,覆盖用户端设备。根据采用的天线的不同,可划分为150、22.50、300、450、600、900扇区,即最少4个扇区,最多24个扇区。
  
   由基站至用户端的下行链路采用TDMA模式,射频调制方式可选QPSK、16QAM和64QAM,多元调
   制方式,特别是64QAM,可大大提高频道利用率,目前也只有P-COM公司的设备可以提供64QAM这种调制方式。
  
   基站设备可分为室内单元、室外单元、天线和连接室内单元与室外单元的中频电缆四部分。室内单元是标准19英寸机箱,机箱内含冗余电源,机箱内共有21个插槽,可插入各种板卡。室外单元采用特有的圆柱型结构,体积小,重量轻。天线接口使用P-COM公司的专利,可直接与天线相
   接,无需波导,减小损耗,安装简单。
  
   用户端设备
  
   用户端设备包括室外安装的微波发射和接收装置和室内的网络接口单元(NIU),NIU为各种用户业务提供接口,并完成复用/解复用功能。P-COM的LMDS系统可提供多种类型的用户接口,包插电话、交换机、图像、帧中继、以大网等等,速率也非常全:ISDN、N×64K、2M、N×2M等,基本上目前常见的业务都可直接接入。
  
   冗余配置
  
   作为点对多点的网络结构,中心站的稳定性至关重要。为保证这一点,LMDS基站系统支持冗余配置,即使用两套设备互为热备份,由控制系统自动检测链路情况、误码水平等判据,一旦达到门限,则进行切换。
  
   除这种完全的1+1备份之外,LMDS系统还支持按比例冗余配置,即若干块某一类板卡,增加一块作为备份。
  
   容量扩充
  
   LMDS系统的一大优势是可根据用户情况进行网络扩充,为网络容量的扩充提供了多种方法:
  
   *增加每扇区的载波数量
  
   P-COM的LMDS基站每扇区可容纳5个载波,这样当用户数量增多,一个载波无法容纳时,仅靠增加载波数量,就可提高五倍系统容量。
  
   *将扇区细划
  
   基站扇区系统最少可划分4个扇区,每个扇区覆盖90度范围内的用户。如果采用角度更小的扇区天线,如15度的天线,划分为24个扇区,即使每个扇区用户数量不变,系统总容量也大幅度提高。
  
   *两种方法混合使用