5GHz無(wú)線寬帶接入系統(tǒng)

一、無(wú)線接入的發(fā)展趨勢(shì)
　　
　　將與有線接入方式競(jìng)爭(zhēng)接入市場(chǎng)：在有線難以達(dá)到的地方，可作為有線的延伸和補(bǔ)充；在新建的工業(yè)園區(qū)和居民小區(qū)，可作為有線通信的應(yīng)急手段和替代手段；在地下線纜施工困難的城鎮(zhèn)，則成為有線接入有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。競(jìng)爭(zhēng)的目標(biāo)將是最終用戶的數(shù)量，目前無(wú)線接入用戶和有線接入用戶的比例不到1:100。在兩年內(nèi)預(yù)計(jì)可達(dá)到1:10，而在5年后可能達(dá)到1:3，即無(wú)線接入正在進(jìn)入快速發(fā)展的階段。
　　
　　向高頻段、寬帶寬、高速率、高頻譜利用率發(fā)展：隨著用戶業(yè)務(wù)的多樣化特別是寬帶化，以往幾kbps或十幾kbps的信息速率已不敷使用，許多用戶要求提供幾十Mbps的信息速率。要提高信息速率，除了采用先進(jìn)的雙工技術(shù)、編碼技術(shù)和調(diào)制技術(shù)外，最基本的就是更寬的頻道帶寬，相應(yīng)的就是需要占據(jù)更高的頻段。典型的例子就是在幾百M(fèi)Hz頻段，頻道帶寬只有幾kHz到幾十kHz，信息速率也就是在幾十kbps以下；而在幾GHz頻段，頻道帶寬可達(dá)幾MHz到十幾MHz，信息速率也可達(dá)幾Mbps到幾十Mbps；若使用幾十GHz的毫米波段，頻道帶寬高達(dá)一百多MHz到二百多MHz，信息速率則高達(dá)155Mbps甚至幾百M(fèi)bps。無(wú)線電頻譜是寶貴的稀缺資源，提高頻譜利用率就是節(jié)約資源。
　　
　　提供IP(Internet協(xié)議)傳輸業(yè)務(wù)：IP業(yè)務(wù)對(duì)無(wú)線接入網(wǎng)的要求是實(shí)時(shí)快速、寬帶多媒體、上/下行不對(duì)稱、易于擴(kuò)展等。Internet上的信息傳輸是分組的，傳輸方式由TCP/IP（傳輸控制協(xié)議/Internet協(xié)議）規(guī)定，規(guī)定信息包怎樣分層和分組，怎樣重新組裝，怎樣在信道上傳輸?shù)取�TCP/IP分為鏈路層、網(wǎng)際層（IP層）、傳輸層（TCP層）和應(yīng)用層，TCP為收、發(fā)兩端提供雙工傳輸協(xié)議，IP為不同的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供互連協(xié)議。無(wú)線接入網(wǎng)應(yīng)在傳輸和接口方面適應(yīng)IP業(yè)務(wù)的需要。
　　
　　適應(yīng)不同用戶的近于苛刻的多種需求：大致可歸納為電話、視像、高速數(shù)據(jù)的綜合接入；風(fēng)險(xiǎn)投資小，啟動(dòng)開銷低，適應(yīng)初始用戶少的環(huán)境；易于擴(kuò)容，擴(kuò)大覆蓋區(qū)，適應(yīng)用戶快速增加的需求；簡(jiǎn)單、可靠、傻瓜化，減低維護(hù)開銷；裝、拆、搬遷簡(jiǎn)便快捷，保證投資不沉淀；具有靈活的接口能力，例如V5、ATM以及Ethernet接口等，以適應(yīng)與不同網(wǎng)絡(luò)的連接；具有抗惡劣環(huán)境的能力，例如室外工作、不受雨衰影響等。
　　
　　無(wú)線接入技術(shù)向綜合化、寬帶化、智能化方向發(fā)展：綜合化使用戶實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)雙向通信，寬帶化使用戶能隨心所欲地傳送動(dòng)態(tài)視像，在Internet網(wǎng)上高速?zèng)_浪，智能化可是系統(tǒng)獲得更多更好的功能，軟件無(wú)線電技術(shù)則是智能化的有力工具。
　　
　　二、5GHz是寬帶無(wú)線接入技術(shù)的黃金頻段
　　
　　固定無(wú)線接入的工作頻段很多。目前使用的有：450MHz頻段的“無(wú)線農(nóng)話”；1.5GHz頻段的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)微波通信；2.4GHz頻段的無(wú)線擴(kuò)頻通信；2.5～2.7GHz頻段的數(shù)字雙向MMDS（多點(diǎn)多信道分配系統(tǒng)）；3.5GHz頻段的WLL（無(wú)線本地環(huán)路）；5.725～5.85GHz頻段的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線擴(kuò)頻通信等�？赡馨l(fā)展的頻段有：5GHz頻段的寬帶無(wú)線接入；10GHz、21GHz、24GHz、26GHz、28GHz、31GHz、38GHz頻段的LMDS9本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)）等。在2000年更有制造商推出了800nm波段的寬帶無(wú)線紅外光接入系統(tǒng)，成為名符其實(shí)的“無(wú)線光纖”。
　　
　　一般而言，頻段越低，可傳輸?shù)男畔⑺俾室脖容^低。以3.5GHz頻段為例，按國(guó)家通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《接入網(wǎng)技術(shù)要求-3.5GHz固定無(wú)線接入》規(guī)定，上行頻段為3400～3430MHz，下行頻段為3500～3530MHz；頻段間隔為1.75、3.5、7和14MHz四種；采用頻分雙工；當(dāng)復(fù)用/多址方式采用TDM/TDMA時(shí)，以頻道間隔為3.5MHz所能傳送的速率來(lái)比較，若采用QPSK或與其等效的調(diào)制方式時(shí)最低可傳4Mbps,采用16QAM或與其等效的調(diào)制方式時(shí)最低可傳8Mbps,采用64QAM或與其等效的調(diào)制方式時(shí)最低可傳12Mbps；但調(diào)制方式越復(fù)雜，成本越昂貴、接收靈敏度越低、誤碼率越高、抗干擾能力越低，要保持一定的傳輸距離則需要更大的發(fā)射功率。目前在3.5MHz頻段，按性能價(jià)格比排列，大多數(shù)用戶選用3.5MHz帶寬傳輸4Mbps速率，比較適合于少數(shù)小業(yè)務(wù)量用戶的窄帶低速無(wú)線接入使用。
　　
　　而在高頻段，國(guó)家目前還未制定相關(guān)的頻譜規(guī)范，以26GHz頻段為例，上行頻段為25.557～26.061GHz，下行頻段為24.549～25.053GHz；上行頻道間隔為10MHz，下行頻道間隔為56MHz；采用頻分雙工；上行每頻道的傳輸容量按不同的調(diào)制方式分別為QPSK 13.3Mbps、16QAM 26.7Mbps、64QAM 40Mbps，下行每頻道的的傳輸容量為QPSK 66.5Mbps、16QAM 133.5Mbps、64QAM 200.0Mbps；調(diào)制方式越復(fù)雜，接收靈敏度越低，所需發(fā)射功率越大；通信距離一般不超過(guò)3公里。在20GHz以上的頻段，雨衰和多徑的影響都比較嚴(yán)重，南方地區(qū)的雨衰幾乎不可避免，雨衰的計(jì)算繁雜而不準(zhǔn)確，甚至樹葉的衰耗也不可忽視，加之技術(shù)難度大、設(shè)備成本高，大范圍、大規(guī)模地投入無(wú)線接入市場(chǎng)尚有困難。至于無(wú)線光通信系統(tǒng)，由于不適于在雨、雪、濃霧和沙塵天氣使用，顯然在無(wú)線接入領(lǐng)域也不會(huì)占多少份額。
　　
　　如果在傳輸帶寬、傳輸速率、傳輸距離、傳輸質(zhì)量、建設(shè)規(guī)模、投資成本、運(yùn)營(yíng)利潤(rùn)之間進(jìn)行選擇并折衷，在當(dāng)今的技術(shù)條件下，5GHz頻段對(duì)固定無(wú)線接入而言是性能價(jià)格比最高的黃金頻段。
　　
　　1997年1月，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）宣布在5GHz頻段分配三個(gè)100MHz頻段，作為U-NII（無(wú)須許可證的國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施）頻段使用，以提供快速開通的高速無(wú)線數(shù)據(jù)通信。三個(gè)100MHz頻段是：5.15～5.25GHz，規(guī)定其EIRP不大于23dBm，適用于室內(nèi)無(wú)線通信；5.25～5.35GHz，規(guī)定其EIRP不大于30dBm，適用于近距離通信；5.725～5.825GHz，規(guī)定其EIRP不大于36dBm，適用于中等距離通信。通常人們選用5.725～5.825GHz來(lái)進(jìn)行社區(qū)的寬帶無(wú)線接入，以獲得更佳的性能價(jià)格比。FCC規(guī)定頻道間隔為15MHz，其它的限制很少，以鼓勵(lì)制造商和運(yùn)營(yíng)商的創(chuàng)新，使有限的頻譜資源獲得更有效的利用。5GHz頻段為用戶在5～10公里的范圍內(nèi)建立寬帶無(wú)線接入提供了方便，一般不需要考慮雨衰、沙塵和樹葉的影響，人們普遍認(rèn)為5GHz在接入領(lǐng)域會(huì)創(chuàng)造出巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
　　
　　我國(guó)還沒(méi)有出臺(tái)5GHz頻段的頻率計(jì)劃，但信息產(chǎn)業(yè)部無(wú)線電管理局十分關(guān)注此頻段的開發(fā)利用，為推進(jìn)固定無(wú)線接入業(yè)務(wù)的競(jìng)爭(zhēng)和發(fā)展，建議在完善基礎(chǔ)研究工作的同時(shí)，盡快開展5.725～5.825GHz寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)的技術(shù)試驗(yàn)�？梢钥隙�，5.725～5.825GHz頻段的試驗(yàn)試用，將為我國(guó)的寬帶無(wú)線接入開辟一個(gè)新天地。
　　
三、5GHZ寬帶無(wú)線接入方案
　　
　　由于FCC對(duì)5GHz頻段的具體規(guī)定和限制比較少，這給研制者提供了較為自由的創(chuàng)意空間，可以選用多種多樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和技術(shù)體制。但聰明的研制者會(huì)運(yùn)用自己的奇思妙想創(chuàng)造出一些獨(dú)特的原理、工藝和技術(shù)，突破一些矛盾的焦點(diǎn)，在更高的層次上進(jìn)行融合、兼顧和折衷，而不是一味地追求高、精、尖、新，從而獲得更高的性能價(jià)格比和用戶滿意度。以下是一個(gè)5GHz寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)方案的例子。
　　
　　1 系統(tǒng)概述
　　
　　組網(wǎng)方式：可采用蜂窩結(jié)構(gòu)，每個(gè)蜂窩最多可分為6個(gè)扇區(qū)，第個(gè)扇區(qū)覆蓋60°；也可組成點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于單獨(dú)一個(gè)扇區(qū)工作。
　　
　　系統(tǒng)構(gòu)成：
　　
　　● 基站，每個(gè)基站可由1個(gè)或多個(gè)接入點(diǎn)組成，每個(gè)接入點(diǎn)有獨(dú)立的收發(fā)信系統(tǒng)，每個(gè)基站配備一套ATM/Ethernet交換機(jī)和一臺(tái)控制服務(wù)器；
　　
　　● 用戶單元，即遠(yuǎn)端站，一個(gè)接入點(diǎn)最多可帶254個(gè)用戶單元，而每個(gè)用戶單元又可帶許多用戶終端；
　　
　　● 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，由網(wǎng)元管理服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)管理終端和網(wǎng)絡(luò)管理軟件組成，網(wǎng)管協(xié)議采用SNMP（簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）。
　　
　　系統(tǒng)特點(diǎn)：
　　
　　● 寬帶固定無(wú)線接入；
　　
　　● 中心網(wǎng)管系統(tǒng)；
　　
　　● 提供ATM25或Ethernet 10 Base T接口；
　　
　　● 動(dòng)態(tài)調(diào)整的TDD（時(shí)分雙工）雙工方式，頻譜利用率高、信道利用率高、適合于上/下行對(duì)稱或非對(duì)稱通信業(yè)務(wù)；
　　
　　● 微小時(shí)間片的TDMA多址方式，可以根據(jù)每個(gè)用戶單元的優(yōu)先級(jí)和各個(gè)業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)動(dòng)態(tài)地調(diào)整分配給各用戶單元的ATM信元數(shù)，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)按需分組，從而提高信道利用率；
　　
　　● 空間傳輸以ATM信元為單位，一個(gè)接入點(diǎn)所轄所有用戶單元所占用的信元數(shù)決定了這些用戶單元所擁有的速率；
　　
　　● 用戶單元為全戶外型設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝，具有抗惡劣環(huán)境的能力；
　　
　　● 整個(gè)系統(tǒng)開通便捷、維護(hù)容易。