McWiLL技術及其應用

1、McWiLL系統(tǒng)概述

McWiLL（Multi-Carrier Wireless Information Local Loop，多載波無線信息本地環(huán)路）是國內(nèi)自主研發(fā)的移動寬帶無線接入（BWA）系統(tǒng)，也是SCDMA綜合無線接入技術的寬帶演進版。

1.1　系統(tǒng)指標

McWiLL為全IP架構(gòu)，全面支持固定、便攜以及全移動模式下的語音、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務，支持切換和漫游，終端最大移動速度可達120 km/h，主要系統(tǒng)指標如下。

●多址方式：CS-OFDMA（碼擴正交頻分多址）；
    ●調(diào)制方式：QPSK、8PSK、16QAM和64QAM自適應；
    ●基站系統(tǒng)射頻信道帶寬：5 MHz；
    ●工作頻段：400 MHz、1800 MHz、3300 MHz；
    ●單基站吞吐量：峰值凈吞吐率15 Mbit/s（5 MHz）；
    ●單基站語音業(yè)務容量：支持300個并發(fā)語音信道；
    ●覆蓋半徑：市區(qū)2～3 km，郊區(qū)8～13 km，鏈路預算＞160 dB；
    ●輸出功率：最大輸出功率2 W；
    ●接收靈敏度：-114 dBm/單信道，-93 dBm/滿載。

1.2　關鍵技術

McWiLL采用了CS-OFDMA、增強型智能天線、軟件無線電、自適應調(diào)制編碼、動態(tài)信道分配等關鍵技術，具有覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)吞吐量高、并發(fā)用戶容量大、1×1同頻組網(wǎng)等特點。

（1）CS-OFDMA

CS-OFDMA是SCDMA與OFDMA技術的有機融合。這種融合的多址技術既能克服傳統(tǒng)CDMA系統(tǒng)在寬帶數(shù)據(jù)傳輸時由擴展頻譜引起的嚴重碼間干擾，又可以有效對抗頻率選擇性衰落和相鄰小區(qū)的干擾，從而實現(xiàn)窄帶語音和寬帶數(shù)據(jù)的可靠傳送。

（2）增強型智能天線

在SCDMA系統(tǒng)智能天線技術的基礎上，McWiLL采用增強型空間零陷等優(yōu)化方案，能夠自適應地將無線電信號導向期望的方向，使天線主波束對準接收用戶，同時將零陷對準其他小區(qū)用戶，從而降低外泄干擾強度。McWiLL增強型智能天線能選擇性地接收移動/用戶信號并刪除或抑制干擾信號。如果在某方向探測到一個干擾源，系統(tǒng)就會在此方向產(chǎn)生一個零陷，從而使接收信號質(zhì)量最佳化。McWiLL的增強型零陷技術大大提高了系統(tǒng)抗干擾能力，可以抑制比信號最多強20 dB的干擾。

（3）軟件無線電

在McWiLL系統(tǒng)中，基站、用戶終端的射頻收發(fā)機與基帶電路的接口是高速A/D或D/A變換器，全部基帶信號的處理是在數(shù)字信號處理器中由軟件完成的。當基于軟件無線電開發(fā)新設備時，只需進行軟件修改，這樣就減少了設計、制造和測試時間，從而使產(chǎn)品更快上市。目前基于軟件無線電技術，信威公司已經(jīng)快速開發(fā)出工作在各種頻率的McWiLL產(chǎn)品以及多模終端。

（4）自適應調(diào)制編碼

McWiLL系統(tǒng)能夠根據(jù)信道條件的變化，動態(tài)選擇QPSK～QAM64調(diào)制方式以及不同碼率的RS碼、TURBO碼和LDPC碼，從而使系統(tǒng)吞吐量最大化。

1.3　端到端網(wǎng)絡構(gòu)架

McWiLL系統(tǒng)端到端的網(wǎng)絡架構(gòu)如圖1所示。

圖1　McWiLL端到端的網(wǎng)絡架構(gòu)

McWiLL系統(tǒng)由終端設備、無線系統(tǒng)以及網(wǎng)元管理系統(tǒng)（EMS）三個部分組成。其中，CPE、M-IAD、PCMCIA卡、寬帶手機等終端完成用戶端設備與無線網(wǎng)絡的連接，基站系統(tǒng)完成用戶終端與骨干網(wǎng)絡的連接，語音業(yè)務匯聚網(wǎng)關與NGN配合提供大容量語音通信功能。EMS完成對無線系統(tǒng)中的所有終端設備、基站系統(tǒng)的設備管理、系統(tǒng)監(jiān)控、權(quán)限管理、帶寬分配等操作。

2、McWiLL系統(tǒng)的優(yōu)勢

McWiLL系統(tǒng)設計充分考慮了我國的國情，在無線覆蓋、同頻組網(wǎng)、寬窄帶業(yè)務融合、產(chǎn)品成熟度等方面優(yōu)勢明顯。

2.1　鏈路預算高

McWiLL采用業(yè)界領先的智能天線技術，通過空間波束賦形提高鏈路預算，8陣元智能天線系統(tǒng)下行鏈路預算可提高18 dB，上行鏈路預算可提高9 dB。同時，針對智能天線特性進行信令協(xié)議設計，這樣可使McWiLL系統(tǒng)的鏈路預算達到160 dB以上，比其他寬帶無線系統(tǒng)高約15 dB。

較高的鏈路預算帶來明顯的優(yōu)勢：一是系統(tǒng)擁有更大的無線覆蓋范圍，如果覆蓋區(qū)域相同，那么與其他寬帶無線系統(tǒng)相比，McWiLL基站需要的數(shù)量更少，建網(wǎng)和維護成本更低；二是McWiLL系統(tǒng)比其他系統(tǒng)提供更高的衰減余量，從而提升NLOS傳輸性能和室內(nèi)覆蓋效果。例如，河北電信在廊坊安裝了7個基站，達到了該城市80%的室內(nèi)覆蓋和幾乎100%的室外覆蓋。

2.2　真正1×1同頻組網(wǎng)

由于無線頻率資源非常寶貴，且BWA所要求的頻率資源比語音通信系統(tǒng)多數(shù)10倍，因此對BWA系統(tǒng)來說，1×1同頻組網(wǎng)尤為重要。

CS-OFDMA、智能天線零陷、動態(tài)信道分配等技術相結(jié)合，可使McWiLL真正實現(xiàn)1×1同頻組網(wǎng)，只需5 MHz頻率資源，即可大規(guī)模組網(wǎng)，且大規(guī)模同頻組網(wǎng)性能穩(wěn)定。CS-OFDMA的碼擴功能有很強的抗鄰區(qū)同頻干擾功效，在物理層和高層協(xié)議上進行特殊設計后，可使智能天線的空間零陷技術得到最大程度的發(fā)揮，并可消除鄰區(qū)同頻干擾。在以上兩種技術無法消除同頻干擾的情況下，可采用動態(tài)信道分配技術克服同頻干擾。McWiLL系統(tǒng)的同頻組網(wǎng)性能已經(jīng)在河北電信、江西電信、山西網(wǎng)通、首都機場等試驗網(wǎng)中得到驗證。

2.3　超大語音業(yè)務容量及提供寬窄帶融合業(yè)務

McWiLL實現(xiàn)了高效語音和數(shù)據(jù)業(yè)務的融合，空中接口對語音業(yè)務采用特殊處理模式，有效避免了VoIP帶來的大帶寬開銷和語音質(zhì)量（因無線傳輸環(huán)境變化）的不可控制。在5 MHz帶寬內(nèi)，McWiLL系統(tǒng)能夠提供15 Mbit/s的數(shù)據(jù)吞吐量或300路雙向并發(fā)語音，且實現(xiàn)語音和寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務同半徑覆蓋。

運營商可在一張McWiLL網(wǎng)絡中提供高端移動數(shù)據(jù)、中低端語音以及企業(yè)用戶的語音和數(shù)據(jù)綜合接入，還可靈活調(diào)整業(yè)務承載比例。McWiLL用于農(nóng)村，既可很好地滿足當前農(nóng)村電話普及的要求，又能隨著農(nóng)村信息化的深入實現(xiàn)村村上網(wǎng)。

2.4　產(chǎn)品成本低且成熟度高

McWiLL產(chǎn)品采用“大基站小終端”的設計思想，與其他寬帶無線基站相比，基站成本基本相當，但終端產(chǎn)品成本遠低于其他寬帶無線終端，接近GSM和大靈通終端成本，并能同時支持語音和寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務。

2004年，McWiLL固定版本商用。重慶移動McWiLL試驗網(wǎng)于2004年4月開始試運營，至今一直運行穩(wěn)定。McWiLL全移動版本于2006年年底推出，CPE、PC卡、M-IAD、無線伴侶、MEM模塊等系列化終端已經(jīng)面市，目前正在進行大規(guī)模的商用試驗網(wǎng)建設。

2.5　國家授權(quán)頻率及SCDMA現(xiàn)有的用戶基礎

在頻譜資源方面，作為SCDMA的寬帶演進技術，McWiLL繼承了SCDMA綜合無線接入系統(tǒng)的空中接口射頻特性，擁有國家授權(quán)的1785～1805 MHz頻率資源。McWiLL采用軟件無線電架構(gòu)，原有的SCDMA窄帶系統(tǒng)可以平滑演進到McWiLL，現(xiàn)網(wǎng)約400萬的SCDMA用戶無需更換終端即可接入McWiLL網(wǎng)絡。

3、應用案例

McWiLL系統(tǒng)自推出以來，已建設了很多商用試驗網(wǎng)。例如，貴州McWiLL農(nóng)村黨員干部現(xiàn)代遠程教育示范網(wǎng)，首都機場及空軍某機場商用試驗網(wǎng)等。下面以青島國際帆船賽試驗網(wǎng)為例介紹McWiLL的應用。

在2006年8月青島國際帆船賽上，奧運會帆船委員會（簡稱奧帆委）采用了信威公司的McWiLL系統(tǒng)實現(xiàn)海上比賽現(xiàn)場的視頻監(jiān)控。青島奧運帆船賽共有A、B、C、D、E共5個海域賽區(qū)，A、B、C、D共4個賽區(qū)采用BWA。覆蓋海域的兩個基站分設在海情大廈和網(wǎng)通大廈，兩個站點距離為3 km，采用單扇區(qū)同頻組網(wǎng)方式。實測顯示，基站覆蓋距離達17.5 km，基站天線無縫覆蓋了A、B、C、D共4個賽區(qū)，如圖2所示。

圖2　賽區(qū)地理位置

分別設立三個視頻監(jiān)控點，用于實時觀察賽事情況，并實現(xiàn)了在“起點船”上移動上網(wǎng)以及制證中心10臺電腦的聯(lián)網(wǎng)辦公。整個賽程，移動視頻監(jiān)控清晰流暢，Internet接入高速穩(wěn)定。

在國際帆船賽比賽中，還從未有過以無線方式實時傳送海上比賽視頻的先例。此次國內(nèi)自主寬帶接入技術成功服務奧運賽事，成為國際帆船賽的一大亮點，并獲得一致好評。