走近LMDS無線固定寬帶技術（一）

· ·夏寒露··

　　隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展以及多媒體技術應用的逐步提高令到用戶對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)制和壓縮設備，成本又往往是用戶所不愿意負擔的；全光纜網(wǎng)絡將是比較完美的解決方案，但對基礎網(wǎng)絡的要求過高，即使在發(fā)達國家也還需要一段時間才能實現(xiàn)；折衷的光纖電纜混合方案(HFC)在很多國家并不適合，因為光纖與電纜往往掌握在不同的部門手中，由于法規(guī)的限制及各自利益的保護，混合使用難于實現(xiàn)。而隨著無線通信技術的迅速發(fā)展，一種提供容量接近于有線光纖的新型無線通倍技術異軍突起，這就是本地多點分配業(yè)務--LMDS，寬帶無線固定接入手段。

　　雖然目前各國的核心網(wǎng)絡建設均初具規(guī)模，基本可滿足當前通信的需求。但突出的矛盾體現(xiàn)在接入網(wǎng)方面，即用戶與核心網(wǎng)絡的連接部分。這與問題是通信行向?qū)拵е悄�、個人化發(fā)展的關鍵，因此各國都把研究、發(fā)展和建設接入網(wǎng)列為重要任務。

　　從技術上來說，按照使用的媒介不同，接入網(wǎng)可劃分為有線接入網(wǎng)和無線接入網(wǎng)。無線接入分為移動無線接入和固定無線接入。移動無線接入例如我們熟悉的移動電話接入等，用戶是可移動的；而固定無線接入與此正好相反，用戶基本是固定不動的。按照這樣的分類標準，LMDS屬于無線固定接入手段，而它最大的特點在于寬帶特性，可用頻譜往往達1GHz以上。

初識LMDS

LMDS（Local Multipoint Distribute Service，本地多點分配接入系統(tǒng)）是一種嶄新的寬帶無線接入技術，1998年被美國電信界評選為十大新興通信技術之一。在不同國家或地區(qū)，電信管理部門分配給LMDS的具體工作頻段及頻帶寬度有所不同，其中大約有80%左右的國家將27.5GHz～29.5GHz定為LMDS頻段。

　　LMDS其實是在近年來逐漸發(fā)展起來的一種工作于10GHz 以上的頻段、寬帶無線點對多點接入技術，在某些國家， 如加拿大、南韓，也稱之為本地多點通信系統(tǒng)LMCS(Local Multipoint Communication System)。

　　普通的無線接入系統(tǒng)都是窄帶系統(tǒng)，工作在450MHz、800MHz等，針對低速的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務。而LMDS屬于無線固定接入手段，它的最大特點在于其寬帶特性，LMDS 工作在24～38GHz頻段，一般在毫米波的波段附近，可用頻譜往往達到1GHz以上。由于該技術利用高容量點對多點微波傳輸，通過毫米波進行傳輸，它幾乎可以提供任何種類的業(yè)務，支持雙向話音、數(shù)據(jù)及視頻圖像業(yè)務，能夠?qū)崿F(xiàn)從64kb/s到2mb/s，甚至高達155Mb/s的用戶接入速率，具有很高的可靠性，被稱為是一種"無線光纖"技術。

　　LMDS系統(tǒng)可以提供高質(zhì)量的話音服務，而且沒有時延。系統(tǒng)可提供標準接口，如RJ-11等；

　　LMDS的數(shù)據(jù)業(yè)務可以包括低速數(shù)據(jù)業(yè)務、中速數(shù)據(jù)業(yè)務和高速數(shù)據(jù)業(yè)務。具體速率可支持1.2K～155Mbps，并支持多種協(xié)議，包括：幀中繼、ATM、TCP/IP等；并支持MPEG 2等標準。LMDS還可支持模擬和數(shù)字圖像業(yè)務，可以的圖像信道包括150條遠程節(jié)目、10條本地節(jié)目，而且可以提供最少10條PPV節(jié)目信道。系統(tǒng)的信號可以來自衛(wèi)星，也可以是本地制造；可以是加密的，也可以未加密的。

　　由于LMDS具有更高帶寬和雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c，可提供多種寬帶交互式數(shù)據(jù)及多媒體業(yè)務，克服傳統(tǒng)本地環(huán)路的瓶頸，滿足用戶對高速數(shù)據(jù)和圖像通信日益增長的需求，因此是解決通信網(wǎng)接入網(wǎng)問題的利器，尤其是LMDS具備無線通信將有的優(yōu)勢，即：實施迅速、投資降低、可靠性高，因此為電信運營商開展業(yè)務、發(fā)展用戶提供了高成效、低成本的有效方法。

　　另外，LMDS除了具有帶寬特性具有無線系統(tǒng)所固有的優(yōu)點外，亦具有建設成本低，項目啟動快，建設周期短，維護費用低等優(yōu)點。

　　此技術同時使寬帶業(yè)務能夠克服銅電纜本地環(huán)路的瓶頸，滿足用戶對高速因特網(wǎng)和數(shù)據(jù)通信日益增長的需求，因而有可能成為解決通信網(wǎng)最后里程問題和新電信運營商開展業(yè)務、發(fā)展用戶的一種有效方法，頗受到電信業(yè)界人士的極大關注。

　　看了以上的內(nèi)容，大家可能對LMDS有了一個大概的了解了吧！下面就為大家詳細介紹LMDS技術。

LMDS的標準制定

標準化是LMDS發(fā)展中越來越重要的問題。目前，有關標準化工作在ATM論壇、DAVIC、ETSI、 ITU等組織的工作下進行，大多數(shù)標準化組織都采用ATM信元作為基本無線傳輸機制。

　　LMDS"本地多點分配業(yè)務"中各個詞都有其自身的含義：所謂"本地"其實就是指單個基站所能夠覆蓋的范圍，LMDS因為受工作頻率電波傳播特性的限制，單個基站在城市環(huán)境中所覆蓋的半徑通常小于5公里；"多點"是指信號由基站到用戶端是以點對多點的廣播方式傳送的，而信號由用戶端到基站則是以點對點的方式傳送；"分配"是指基站將發(fā)出的信號（可能同時包括話音、數(shù)據(jù)及因特網(wǎng)、視象業(yè)務）分別分配至各個用戶；"業(yè)務"是指系統(tǒng)運營者與用戶之間的業(yè)務提供與使用關系，即用戶從LMDS網(wǎng)絡所能得到的業(yè)務完全取決于運營者對業(yè)務的選擇。

　　LMDS系統(tǒng)的組成

　　一個完善的LMDS網(wǎng)絡是由四部分組成的：骨干網(wǎng)絡、網(wǎng)絡運行中心(NOC)、服務區(qū)中的基站系統(tǒng)和服務區(qū)中的用戶端設備。各個基站的數(shù)據(jù)送入骨干網(wǎng)絡，完成話音交換、ATM交換、IP交換等，并連入國際出口，如Internet出口等。為管理服務區(qū)的設備和用戶，系統(tǒng)往往設立網(wǎng)絡運行中心(NOC)。

　　通常，LMDS設備廠商提供服務區(qū)的設備，包括基站系統(tǒng)、用戶端設備以及網(wǎng)絡運行中心的軟件，而骨干網(wǎng)絡，作為基礎設施，由電信服務商建設。

　　目前市場上，研制和生產(chǎn)LMDS設備的廠商多集中于北美，如P -COM公司、北方電訊、新橋網(wǎng)絡等。設備廠商們對LMDS設備的深入研究，主要是源于北美國家對LMDS的濃厚興趣，尤其是1998年3月FCC對頻率許可證的公開拍 賣更掀起了LMDS熱潮。

　　下面就簡單介紹LMDS的系統(tǒng)組成

LMDS系統(tǒng)通常由四個部分組成：基礎骨干網(wǎng)絡、基站、用戶端設備以及網(wǎng)管系統(tǒng)。

　　A. 基礎骨干網(wǎng)絡

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

　　B.基站

　　基站直接進入電信骨干網(wǎng)絡，或核心網(wǎng)絡。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。

　　基站負責進行用戶端的覆蓋，并提供骨干網(wǎng)絡的接口，包括PSTN、Internet 、ATM、Frame Relay、ISDN等�；�站實現(xiàn)信號在基礎骨干網(wǎng)絡與無線傳輸之間的轉(zhuǎn)換�；�站設備包括與基礎骨干網(wǎng)絡相連的接口模塊、調(diào)制與解調(diào)模塊及通常置于樓頂或塔頂?shù)奈⒉ㄊ瞻l(fā)模塊�；�站是否包含本地交換功能是進行系統(tǒng)設計時應考慮的一個重要問題。

　　如果基站包含本地交換功能，則與同一基站相連的不同用戶之間的通信就不必再經(jīng)過基礎骨干網(wǎng)絡，相應地也要求計費、信道管理、登錄與鑒權等功能也在基站內(nèi)完成。另一選擇是基站僅提供與基礎骨干網(wǎng)絡的連接而不含本地交換功能，將所有的業(yè)務量都集中到基礎骨干網(wǎng)絡內(nèi)的ATM或IP交換系統(tǒng)中處理，此時即使是同一基站內(nèi)兩個用戶之間的通信也需經(jīng)由骨干網(wǎng)絡才能實現(xiàn)。此時，計費、信道管理、登錄與鑒權與流量控制等功能都要集中完成。

　　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備。除全向基站外，一個基站可支持多個扇區(qū)，如2、4、8個扇區(qū)，多扇區(qū)基站可以更有效地利用頻譜，進一步擴大系統(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個扇區(qū)，最多可達24個扇區(qū)�；�站至用戶端的下行鏈路采用TDM模式。

　　基站的容量取決于以下技術因素：可用頻譜的帶寬、扇區(qū)數(shù)、頻率復用方式、調(diào)制技術、多址方式及系統(tǒng)可靠性指標等，系統(tǒng)支持的用戶數(shù)則取決于系統(tǒng)容量和每個用戶所要求的業(yè)務。

　　基站覆蓋半徑的大小與系統(tǒng)可靠性指標、微波收發(fā)信機性能、信號調(diào)制方式、電波傳播路徑以及當?shù)亟涤昵闆r等許多因素密切相關。

　　C.用戶端設備

　　用戶端設備的配置差異較大，不同的設備供應商有不同的選擇。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)設備相連的網(wǎng)絡接口模塊(NIU)）。通常，口徑很小的室外定向天線，例如30公分的，室外定向天線用戶端網(wǎng)絡接口單元NIU就可以為各種用戶業(yè)務提供接口，并完成復用/解復用功能，滿足了無線鏈路預算的要求，因此安裝方便。

　　例如，P-COM公司的LMDS用戶設備（CPE）的接口形式（NIU模擬）可以十分豐富，有E1、部分E1、POTS、10BaseT、幀中繼、ATM、ISDN、64kb/s等，因此可以支持多種應用。

　　無線收發(fā)雙工方式大多數(shù)為頻分雙工(FDD)。下行鏈路，由基站到用戶端設備一般通過時分復用(TDM)的方式進行復用；上行鏈路，多個用戶端設備可通過時分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)等多址方式與基站進行通信。FDMA對干大量的連續(xù)非突發(fā)性數(shù)據(jù)接入較為合適；TDMA則適于支持多個突發(fā)性或低速率數(shù)據(jù)用戶的接入。LMDS運營者應根據(jù)用戶業(yè)務的特點及分布來選取適合的多址方式。

　　P-COM 可在同一系統(tǒng)同時提供FDMA和TDMA接入方式：TDMA接入方式提供按需分配帶寬，F(xiàn)DMA接入方式使用于租用線服務。另外，P-COM可提供雙模式遠端站，即在一個遠端站提供FDMA和TDMA接入方式，同時利用兩種接入方式的優(yōu)勢。

　　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)輸QAM（包括4QAM）。目前可以提供6QAM、16QAM等大大提高頻道利用率的調(diào)制技術。下表給出的是選用FDMA多址接入方式時，利用不同的調(diào)制方式來傳送2Mb/s的業(yè)務所需的頻帶寬度。

　　不同調(diào)制方式所需頻帶寬度的比較：

　　調(diào)制方式 傳送2Mb/s的業(yè)務所需的頻帶寬度

　　BPSK 2.8MHz

　　DQPSK 1.4MHz

　　QPSK 1.4MHz

　　8PSK 0.8MHz

　　4-QAM 1.4MHz

　　16-QAM 0.6MHz

　　64-QAM 0.4MHz

　　這樣，LMDS就可提供更高的扇區(qū)容量，使每扇區(qū)達200Mb/s。現(xiàn)在一個單獨的P-COM LMDS網(wǎng)絡容量已經(jīng)可以超過4.8Gb/S。

　　用戶設備(CPE)的接口形式(NIU模塊)可以十分豐富，包括DS0、POTS、10BaseT、結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化DS1、幀中繼、ATM、DS-3、OC-3等，因此可以支持多種應用。

　　用戶端設備可以設在大型單位中（如辦公樓、醫(yī)院、學校、企業(yè)）供許多用戶共享，也可以置于小單位（如小公司或家庭辦公室, 即所謂的SOHO---Small Office Home Office）以提供10BaseT數(shù)據(jù)、圖像或電話業(yè)務。用戶可以根據(jù)用戶的具體位置與業(yè)務需求情況，配置合適的用戶端設備。

　　D.網(wǎng)管系統(tǒng)

　　網(wǎng)管系統(tǒng)是負責完成告警與故障診斷、系統(tǒng)配置、計費、系統(tǒng)性能分析和安全管理等功能。與傳統(tǒng)微波技術不同的是，LMDS系統(tǒng)還可以組成蜂窩網(wǎng)絡的形式運作，向特定區(qū)域提供業(yè)務。當由多基站提供區(qū)域覆蓋時，需要進行頻率復用與極化方式規(guī)劃、無線鏈路計算、覆蓋與干擾的仿真與優(yōu)化等工作。而在具體建設LMDS系統(tǒng)時，運營者可以根據(jù)市場定位、業(yè)務需求和自身網(wǎng)絡條件，選用不同的系統(tǒng)設計方案。

LMDS系統(tǒng)服務范圍

　　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，為由多個樞紐發(fā)射機（或稱為基地站）在一定小區(qū)范圍的服務區(qū)管理用戶群，每個發(fā)射機經(jīng)點對多點無線鍵路與服務區(qū)內(nèi)的固定用戶通倍。每個蜂窩站的覆蓋區(qū)為5～7km，若采用具有更高的發(fā)射功率、更強的接收靈敏度，可增加基站的覆蓋范圍，使覆蓋范圍達到10km以上。

　　由于LMDS覆蓋區(qū)可相互重疊。每個蜂窩的覆蓋區(qū)又可以劃分為多個扇區(qū)，可以根據(jù)需要在該扇區(qū)提供特定業(yè)務或服務。如通過采用多扇區(qū)、先進的調(diào)制方式（如P-COM采用的64QAM）、不同極化等途徑，可以進一步增加頻譜利用率、提高網(wǎng)絡容量。P-COM獨到的自動發(fā)射功率控制（ATPC）技術，減少了多小區(qū)之間干擾，增加頻率效率超過40％，更高效率地增大了地區(qū)LMDS系統(tǒng)的總?cè)萘�。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)、技術開發(fā)區(qū)、寫字樓群、城市居民小區(qū)等。

　　LMDS 的應用

　　LMDS 可提供多種業(yè)務，可同時向用戶提供話音、數(shù)據(jù)及視頻綜合業(yè)務，還可以提供承載業(yè)務，如蜂窩系統(tǒng)或PCS/PCN基站之間的傳輸?shù)取?/p>

　　1、話音業(yè)務

LMDS 系統(tǒng)是一種高容量的點對多點微波傳輸技術，可提供高質(zhì)量的話音服務；和傳統(tǒng)的POTS業(yè)務相連，可實現(xiàn)PSTN主干網(wǎng)無線接入。

　　2、數(shù)據(jù)業(yè)務

　　LMDS 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)業(yè)務包括低、中、高速 3 檔：

　　低速數(shù)據(jù)業(yè)務，1.2～9.6kb/s，能處理開放協(xié)議的數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡允許從本地接入點接到增值業(yè)務網(wǎng)；

　　中速數(shù)據(jù)業(yè)務，9.6kb/s～2Mb/s，這樣的數(shù)據(jù)接口通常是增值網(wǎng)絡本地接點；

　　高速數(shù)據(jù)業(yè)務，2～155Mb/s，BER 低于10-9。提供這樣的數(shù)據(jù)業(yè)務必須有以太網(wǎng)和光纖分布數(shù)據(jù)接口。

3、視像業(yè)務

　　LMDS 能提供模擬和數(shù)字視頻業(yè)務，如遠程醫(yī)寧、高速會議電視、遠程教育、遠程商業(yè)及用戶電視、VOD等。

　　建立LMDS系統(tǒng)的優(yōu)勢與其局限

　　LMDS 系統(tǒng)主要提供給無線寬帶載波服務商，因為它非常適用于市區(qū)使用。同時，與傳統(tǒng)的有線接入或者低頻段無線接入方式相比， LMDS具有以下優(yōu)勢：

　　(1) 工作頻帶寬、可提供寬帶接入

　　目前，各國分配的LMDS工作頻帶帶寬至少有1000MHz，可支持的用戶接入數(shù)據(jù)速率高達155Mb/s，能夠滿足廣大用戶對通信帶寬日益增長的需求。

　　 (2) 運營商啟動資金較小，后期擴容能力強，投資回收快

　　與傳統(tǒng)有線接入方式不同的是，有線接入工程需要大量初期投資以用于基礎設施建設，而LMDS系統(tǒng)的投資包括中心基站設備，用戶端設備，網(wǎng)管系統(tǒng)和其他附加費用。由于LMDS是一種利用基站覆蓋用戶端設備的體制，所以在網(wǎng)絡建設初期，服務商只需小部分投資建立一個配置較簡單的基站，覆蓋若干用戶即可開始運營。而LMDS系統(tǒng)的很大部分資金會轉(zhuǎn)移至用戶端設備(CPE)，這樣，運營者所需的初期投資較少，僅在用戶數(shù)量增加即有業(yè)務收入時才需再增加資金投入，提高基站的配置，增加用戶端設備，逐步擴容，逐步追加投資。所以投資回收也很快。因此即使初期用戶較少，運營者也可維系發(fā)展，這樣便最大程度地降低了風險。（未完待續(xù)）

摘自《天極網(wǎng)》