LMDS技術(shù)：未來的“無線光纖”

LMDS技術(shù)：未來的“無線光纖”

2001 04 05

滕立波

　　【eNews專稿】隨著Internet的迅速普及與多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，用戶對(duì)帶寬的要求愈來愈高，有線接入手段無法跟上發(fā)展的速度：傳統(tǒng)的銅線電纜，已完全不能滿足傳輸?shù)囊�求，如果添加額外的調(diào)制和壓縮設(shè)備，成本又往往是用戶所不愿意負(fù)擔(dān)的；全光纜網(wǎng)絡(luò)是比較完美的解決方案，但對(duì)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的要求過高，即使在發(fā)達(dá)國家也還需要一段時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)；折衷的光纖電纜混合方案(HFC)在很多國家并不適合，因?yàn)楣饫w與電纜往往掌握在不同部門的手中，由于法規(guī)的限制及各自對(duì)利益的保護(hù)，混合使用難于實(shí)現(xiàn)。而隨著無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，一種提供容量接近于有線光纖的新型無線通信技術(shù)異軍突起，這就是本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)——LMDS。

　　一、LMDS技術(shù)的含義

　　LMDS（Local Multipoint Distribute Service）——本地多點(diǎn)分配接入系統(tǒng)是一種嶄新的寬帶無線接入技術(shù)，1998年被美國電信界評(píng)選為十大新興通信技術(shù)之一。由于該技術(shù)利用高容量點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)微波傳輸，可以提供雙向話音、數(shù)據(jù)及視頻圖像業(yè)務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)從Nx64kbs到2mbps，甚至高達(dá)155Mbps的用戶接入速率，具有很高的可靠性，號(hào)稱是一種“無線光纖”技術(shù)。

　　LMDS“本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)”中各個(gè)詞都有其自身的含義。所謂“本地”其實(shí)就是指單個(gè)基站所能夠覆蓋的范圍。LMDS因?yàn)槭芄ぷ黝l率和電波傳播特性的限制，單個(gè)基站在城市環(huán)境中所覆蓋的半徑通常小于5公里；“多點(diǎn)”是指信號(hào)由基站到用戶端是以點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的方式傳送的，而信號(hào)由用戶端到基站則是以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式傳送；“分配”是指基站將發(fā)出的信號(hào)（可能同時(shí)包括話音、數(shù)據(jù)及Internet、視頻業(yè)務(wù)）分別分配至各個(gè)用戶；“業(yè)務(wù)”是指系統(tǒng)運(yùn)營者與用戶之間的業(yè)務(wù)提供與使用關(guān)系，即用戶從LMDS網(wǎng)絡(luò)所能得到的業(yè)務(wù)完全取決于運(yùn)營者對(duì)業(yè)務(wù)的選擇。

　　LMDS工作在10GHz以上，一般在毫米波的波段附近，可用的帶寬達(dá)到1GHz以上，幾乎可以提供任何種類的業(yè)務(wù)，支持話音、數(shù)據(jù)和圖像業(yè)務(wù)，并支持ATM、TCP／IP和MPEG 2等標(biāo)準(zhǔn)。由于LMDS具有更高帶寬和雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，可提供多種寬帶交互式數(shù)據(jù)及多媒體業(yè)務(wù)，克服傳統(tǒng)的本地環(huán)路的瓶頸，滿足用戶對(duì)高速數(shù)據(jù)和圖像通信日益增長的需求，因此是解決通信網(wǎng)接入問題的利器。

　　二、LMDS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　一個(gè)完善的LMDS網(wǎng)絡(luò)是由四部分組成的：骨干網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中心（NOC）、服務(wù)區(qū)中的基站系統(tǒng)和服務(wù)區(qū)中的用戶端設(shè)備。各個(gè)基站的數(shù)據(jù)送入骨干網(wǎng)絡(luò)，完成話音交換、ATM交換、IP交換等，并連入國際出口。為管理服務(wù)區(qū)的設(shè)備和用戶，系統(tǒng)往往設(shè)立網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中心（NOC）。

　　通常，LMDS設(shè)備廠商提供服務(wù)區(qū)的設(shè)備，包括基站系統(tǒng)、用戶端設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中心的軟件，而骨干網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)設(shè)施，由電信服務(wù)商建設(shè)。

　　基礎(chǔ)骨干網(wǎng)絡(luò)又稱為核心網(wǎng)絡(luò)。為了使LMDS系統(tǒng)能夠提供多樣化的綜合業(yè)務(wù)，此核心網(wǎng)絡(luò)可以由光纖傳輸網(wǎng)、ATM交換或IP交換或IP+ATM架構(gòu)而成的核心交換平臺(tái)以及與Internet、公共電話網(wǎng)（PSTN）的互連模塊等組成。

　　基站直接進(jìn)入電信骨干網(wǎng)絡(luò)或核心網(wǎng)絡(luò)。由于LMDS直接支持ATM協(xié)議（無線ATM），通過使用無線ATM協(xié)議，可以使鏈路效率得到提高�；�站負(fù)責(zé)進(jìn)行用戶端的覆蓋，并提供骨干網(wǎng)絡(luò)的接口，包括PSTN、Internet、Frame Relay、ATM、ISDN等�；�站實(shí)現(xiàn)信號(hào)在基礎(chǔ)骨干網(wǎng)絡(luò)與無線傳輸之間的轉(zhuǎn)換。

　　基站設(shè)備包括與基礎(chǔ)骨干網(wǎng)絡(luò)相連的接口模塊、調(diào)制與解調(diào)模塊以及通常置于樓頂或塔頂?shù)奈⒉ㄊ瞻l(fā)模塊。

　　LMDS系統(tǒng)的基站采用多扇區(qū)覆蓋，使用在一定角度范圍內(nèi)聚焦的喇叭天線來覆蓋用戶端設(shè)備。多扇區(qū)基站可以更有效地利用頻譜，進(jìn)一步擴(kuò)大系統(tǒng)容量。LMDS系統(tǒng)根據(jù)采用天線的不同，可劃分為15度、22.5度、30度、45度、60度、90度的扇區(qū)，即最少4個(gè)扇區(qū)，最多可達(dá)24個(gè)扇區(qū)�；�站至用戶端的下行鏈路采用TDM模式。

　　LMDS系統(tǒng)可以采用的調(diào)制方式為相移鍵控PSK（包括BPSK、DQPSK、QPSK等）和正交幅度調(diào)QAM（包括4-QAM）。目前可以提供6昂AQM、16QAM等大大提高頻道利用率的調(diào)制技術(shù)。這樣，LMDS就可提供更高的扇區(qū)容量，使每扇區(qū)達(dá)200Mbps。

　　用戶端設(shè)備的配置差異較大，不同的設(shè)備供應(yīng)商有不同的選擇。一般說來都包括室外單元（含定向天線、微波收發(fā)設(shè)備）與室內(nèi)單元（含調(diào)制與解調(diào)模塊以及與用戶室內(nèi)設(shè)備相連的網(wǎng)絡(luò)接口模塊）。通常采用口徑很小的室外走向天線用戶端網(wǎng)絡(luò)接口單元NIU為各種用戶業(yè)務(wù)提供接口，并完成復(fù)用／解復(fù)用功能。

　　多個(gè)用戶端設(shè)備可通過時(shí)分多址（TDMA）、頻分多址（FDMA）等多址方式與基站進(jìn)行通信。FDMA對(duì)干大量的連續(xù)非突發(fā)性數(shù)據(jù)接入較為合適，TDMA則適于支持多個(gè)突發(fā)性或低速率數(shù)據(jù)用戶的接入。LMDS運(yùn)營者應(yīng)根據(jù)用戶業(yè)務(wù)的特點(diǎn)及分布來選取適合的多址方式。

　　網(wǎng)管系統(tǒng)是負(fù)責(zé)完成告警與故障診斷、系統(tǒng)配置、計(jì)費(fèi)、系統(tǒng)性能分析和安全管理等功能。與傳統(tǒng)微波技術(shù)不同的是，LMDS系統(tǒng)還可以以組成蜂窩網(wǎng)絡(luò)的形式運(yùn)作，向特定區(qū)域提供業(yè)務(wù)。當(dāng)由多基站提供區(qū)域覆蓋時(shí)，需要進(jìn)行頻率復(fù)用與極化方式規(guī)劃、無線鏈路計(jì)算、覆蓋與干擾的仿真與優(yōu)化等工作。

　　三、LMDS系統(tǒng)服務(wù)范圍

　　LMDS屬于無線訪問的一種新的形式，可以采用LMDS蜂窩式的小區(qū)結(jié)構(gòu)覆蓋整個(gè)城域范圍。典型的LMDS系統(tǒng)利用地理上分散的類似蜂窩的配置，為由多個(gè)樞紐發(fā)射機(jī)（或稱為基地站）在一定小區(qū)范圍的服務(wù)區(qū)管理用戶群，每個(gè)發(fā)射機(jī)經(jīng)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無線鍵[eric3]路與服務(wù)區(qū)內(nèi)的固定用戶通信。每個(gè)蜂窩站的覆蓋區(qū)為5～7km，若采用具有更高的發(fā)射功率、更強(qiáng)的接收靈敏度的發(fā)射機(jī)，可增加基站的覆蓋范圍，使覆蓋范圍達(dá)到10km以上。

　　由于LMDS覆蓋區(qū)可相互重疊，每個(gè)蜂窩的覆蓋區(qū)又可以劃分為多個(gè)扇區(qū)，可以根據(jù)需要在該扇區(qū)提供特定業(yè)務(wù)或服務(wù)。如通過采用多扇區(qū)、先進(jìn)的調(diào)制方式（如P－COM采用的64QAM）、不同極化等途徑，可以進(jìn)一步增加頻譜利用率、提高網(wǎng)絡(luò)容量。LMDS系統(tǒng)特別適于在高密度用戶地區(qū)使用，如繁華的城市商貿(mào)區(qū)、技術(shù)開發(fā)區(qū)、寫字樓群、城市居民小區(qū)等。

　　四、固定無線接入與LMDS技術(shù)的區(qū)別

　　3.5GHz固定無線接入與LMDS的本質(zhì)區(qū)別在于空中接口部分：前者工作于3.5GHz附近；后者工作于10GHz以上頻段。由于工作頻段不同，決定了這兩種技術(shù)在覆蓋范圍、系統(tǒng)容量、業(yè)務(wù)能力和適用范圍方面的不同。

　　1．覆蓋范圍

　　從無線的工作原理來看，頻率越高，信號(hào)隨距離的衰耗就越快，衍射能力也降低，也就是說，繞過障礙物（如建筑、植物、雨滴等）的能力降低，這兩方面的因素決定了兩種技術(shù)不同的覆蓋能力。3.5GHz固定無線接入技術(shù)覆蓋范圍一般可達(dá)10km，而LMDS的典型覆蓋范圍為3～5km，而且LMDS工作在毫米波波段，信號(hào)波長尺寸與雨滴大小可比，降雨對(duì)信號(hào)傳輸影響很大，雨衰嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在降雨量25mm/小時(shí)時(shí)，LMDS信號(hào)衰減達(dá)8～15dB/km;而對(duì)于3.5GHz無線信號(hào)，其衰減低于0.1dB/km，因此LMDS不適用于降雨量大的地區(qū)，而3.5GHz固定無線接入則無此顧虎。另外，障礙物的影響對(duì)3.5GHz固定無線接入的影響要小一些，屬于準(zhǔn)視距傳輸；而LMDS的高工作頻段決定了它的基站和遠(yuǎn)端站之間只能視距傳輸，不能有障礙物的阻隔。對(duì)于發(fā)展中的城市，新建筑物的頻繁出現(xiàn)有可能影響LMDS的無線傳輸，給運(yùn)營、維護(hù)帶來困難，這也是網(wǎng)絡(luò)組織過程中必須考慮的因素。

　　2．系統(tǒng)容量

　　頻率越高，可用帶寬也就越高。目前，我國為3.5GHz固定無線接入劃分了30GHz×2的帶寬，對(duì)LMDS雖然未劃分頻譜，但從國外頻譜劃分情況來看，可用帶寬在1GHz以上。在采用相同調(diào)制技術(shù)的條件下，可用帶寬的多少直接決定了系統(tǒng)容量的大小。另一個(gè)影響因素是頻率重用系數(shù)，扇區(qū)波束角越小，服務(wù)區(qū)內(nèi)劃分扇區(qū)越多，頻率重用的可能性就越高，相同頻帶寬度上可調(diào)制比特率就越高。LMDS一方面可用頻帶較寬，另一方面可采用極化復(fù)用方式來增加頻率的重用性，因此系統(tǒng)容量較高；而3.5G固定無線接入可用頻帶較窄，多數(shù)設(shè)備不支持極化復(fù)用，因此系統(tǒng)容量比LMDS低。

　　3．業(yè)務(wù)能力

　　總的來說，3.5GHz固定無線接入和LMDS都可支持?jǐn)?shù)據(jù)、語音等多種業(yè)務(wù)，但在可提供接入速率的能力上是不一樣的。3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)容量較低，因此用戶端接口的速率也相對(duì)低一些，可提供接口類型包括10Base-T、E1、n*64kb/s、FR、POTS或ISDN接口。對(duì)于中國的電信運(yùn)營商來說，目前發(fā)展3.5GHz無線接入可主要用于中小企業(yè)接入、無線到大樓、基站傳輸、中繼服務(wù)、DDN、IP電話等。而LMDS由于系統(tǒng)容量很大，每個(gè)遠(yuǎn)端站可有限高（上百M(fèi)bps的數(shù)量級(jí)）的業(yè)務(wù)帶寬，因此對(duì)CPN或CPE提供的業(yè)務(wù)顆粒也較大，LMDS一般在用戶端可提供E1電路仿真、10/100Base-T、E1子速率等接口，對(duì)普通電話業(yè)務(wù)的支持一般要以E1電路仿真加PBX的方式來提供通道。

　　4．適用范圍

　　從業(yè)務(wù)帶寬和速率上看，3.5GHz無線接入系統(tǒng)主要用于向中小企業(yè)用戶提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，側(cè)重于中低速的數(shù)據(jù)服務(wù)。LMDS由于可提供的帶寬資源巨大，系統(tǒng)容量大，可支持的業(yè)務(wù)主要面向商業(yè)用戶和集團(tuán)用戶，適合于業(yè)務(wù)量集中、用戶群集中的地區(qū)。

　　從系統(tǒng)成本上看，LMDS工作頻率高，對(duì)器件的要求高，系統(tǒng)成本很大程度上決定于能否開發(fā)出低成本的28GHz收發(fā)信機(jī)。另外，由于覆蓋范圍小，用戶數(shù)少，單用戶分擔(dān)的成本就較高。而3.5GHz固定無線接入技術(shù)成熟度高、技術(shù)難度小，因而設(shè)備成本較低，同時(shí)覆蓋的用戶數(shù)廣泛，單用戶分擔(dān)的成本也就較低。

　　綜合以上因素，3.5GHz固定無線接入適合于在某地區(qū)業(yè)務(wù)發(fā)展初期進(jìn)行寬范圍的一般覆蓋；而LMDS適合于在業(yè)務(wù)量大且集中的小范圍熱點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行覆蓋。兩者點(diǎn)面結(jié)合，互為補(bǔ)充。