寬帶無線接入技術(shù)的新秀——LMDS

張九龍 蔡建楠（南京郵電學(xué)院 210003）

　　摘要 本地多點分配業(yè)務(wù)（LMDS）是一種寬帶無線接入技術(shù)。文章介紹LMDS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、技術(shù)特點、應(yīng)用前景及其發(fā)展?fàn)顩r。

　　關(guān)鍵詞 無線接入網(wǎng) 寬帶接入 本地多點分配業(yè)務(wù)

　　隨著Internet的迅速普及和多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對寬帶接入服務(wù)的需求量越來越大。為了滿足用戶對寬帶接入業(yè)務(wù)日益增長的需求，業(yè)界開發(fā)了多種寬帶接入技術(shù)。其中，本地多點分配業(yè)務(wù)以建設(shè)周期快、初期投資少、傳輸速率高、業(yè)務(wù)類型豐富，以及非常適合在城市中高密度用戶地區(qū)（如商業(yè)大樓）提供寬帶通信服務(wù)等特點而備受矚目。

1、LMDS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　LMDS工作頻段通常在26GHz以上，可提供話音、視像節(jié)目、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)，支持ATM、TCP/IP、MPEG2等標準。LMDS的實際業(yè)務(wù)傳送能力取決于給業(yè)務(wù)分配多少無線頻譜資源，典型的商用LMDS系統(tǒng)能提供的下行鏈路高達51.84-155.52Mb/s（Sonet OC-1-OC-3），上行鏈路為1.544Mb/s（T1）。根據(jù)所用頻率高低，LMDS覆蓋半徑一般為3-7km；由于LMDS工作在毫米波段，且為可視距傳輸，傳輸質(zhì)量受雨衰影響較響較大。

　　LMDS系統(tǒng)由中心站、終端站和網(wǎng)管系統(tǒng)三部分構(gòu)成。其中，中心站和終端站又各自擁有室內(nèi)和室外單元。室內(nèi)單元（IDU）負責(zé)處理與業(yè)務(wù)有關(guān)的事務(wù)（如業(yè)務(wù)的適配和匯聚）；室外單元（ODU）為中心站和終端站之間提供射頻傳輸功能，一般安置在建筑物的屋頂上。

　　中心站位于服務(wù)區(qū)中心，覆蓋區(qū)域常分為多個扇區(qū)，可以為一個或多個終端站服務(wù)。邏輯上，將中心站分為中心控制站和中心射頻站兩部分。中心控制站包括市制解調(diào)設(shè)備、MAC卡及網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)接口板等，其中MAC卡主要用于收/發(fā)終端站的相關(guān)業(yè)務(wù)請求。中心控制站提供與中頻電纜相連的接口，可通過中頻電纜連接中心射頻站。中心射頻站既可用全向天線進行覆蓋，也可用扇區(qū)天線進行扇區(qū)化覆蓋，以增加系統(tǒng)容量。中心站設(shè)備則為LMDS系統(tǒng)而核心網(wǎng)絡(luò)提供接口，通過其中的業(yè)務(wù)節(jié)點接口（SNI），網(wǎng)絡(luò)可連續(xù)PSTN/ISDN交換機、ATM交換機和IP路由器等。

　　終端站設(shè)置在用戶駐地，負責(zé)以無線方式把用戶連接到中心站，并與骨干網(wǎng)相連。它提供E1、POTS、10/100Base-T、FR、ATM、ISDN和Nx64kb/s等多種業(yè)務(wù)接口，并支持多種應(yīng)用。終端站室外單元可連接用戶交換機、路由器等用戶駐地網(wǎng)（CPN）設(shè)備，為用戶終端提供PSTN、電路仿真和高速IP等業(yè)務(wù)。終端站室內(nèi)單元對來自用戶駐地網(wǎng)的業(yè)務(wù)進行適配和匯聚，通過中頻電纜傳送到室外單元，再通過無線鏈路傳送至中心站；在相反方向，則從下行業(yè)務(wù)量中提取本地業(yè)務(wù)，分送給用戶。

　　中心站和終端站的室外單元包括射頻收發(fā)器和射頻天線兩部分。射頻收發(fā)器對來自室內(nèi)單元的中頻信號進行上變頻，調(diào)制到射頻頻帶，通過射頻天線進行發(fā)射；同時將射頻信號下變頻傳送到室內(nèi)單元，從而在中心站與終端站之間建立雙向信道。中心站室外單元與終端站室外單元之間的空中接口常采用26GHz以上的頻帶，這決定了LMDS中心站與終端站之間只能采用視距傳輸。

　　LMDS系統(tǒng)中心站使用聚集喇叭天線，并以多扇區(qū)覆蓋方式在定角度內(nèi)覆蓋用戶端設(shè)備。終端放射頻天線為定向天線，定向接收來自本扇區(qū)天線的信號。系統(tǒng)可進行自動增益控制，在滿足一定誤碼率和系統(tǒng)可用性的前提下，自動調(diào)整射頻發(fā)射功率，使扇區(qū)之間的干擾降至最小。LMDS扇區(qū)半徑通常為3-7km，不同扇區(qū)之間可采用正交極化方式進行頻率復(fù)用，以減少相鄰扇區(qū)之間的干擾。

　　LMDS下行主要采用時分復(fù)用（TDM）方式將信號向相應(yīng)扇區(qū)廣播，每個用戶終端在特定的頻段內(nèi)接收屬于自己的信號。上行多址方式為TDMA或FDMA。如果采用TDMA方式，則若干遠端站可在相同頻段的不同“時間片”向基站發(fā)射信號。這種方式對支持突發(fā)型的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（如Internet接入應(yīng)用）優(yōu)勢較明顯。如果采用FDMA方式，在相同區(qū)中，不同的遠端在不同頻段上向基站發(fā)射信號，彼此互不干擾。由于這種方式過端需長期占用頻率資源，所以適合租用線業(yè)務(wù)。

　　LMDS的調(diào)制方式有四相相移鍵控（QPSK）、16正交振幅調(diào)制（QAM）和64QAM。采用16QAM或64QAM等高階調(diào)制方式可有效無的擴大系統(tǒng)容量。簡言之，采用16QAM，相同頻段支持的容量是QPSK的2.3倍；若采用64QAM，則為3.5倍。但調(diào)制技術(shù)越復(fù)雜，在相同條件下覆蓋的范圍則越小。

2、LMDS的特點

　�。�1）工作頻帶寬，可提供寬帶固定無線接入。

　　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，能滿足廣大用戶對通信帶寬日益增長的需求。在這一點上，連一些有線接入技術(shù)（如HDSL、ADSL、VDSL等）都無法與之媲美，因此LMDS有“無線光纖”之美稱；

　�。�2）運營商啟動資金較小，后期擴容能力強，投資回收快，網(wǎng)絡(luò)運行維護費用較低。

　　這些優(yōu)點使眾多運營商特點是一些新興運營商，對LMDS產(chǎn)生了極大的興趣；

　�。�3）業(yè)務(wù)提供速度快，發(fā)展用戶極具靈活性。

　　LMDS系統(tǒng)實施時，不僅避免了有線接入開挖路面的高額的補償費，而且設(shè)備安裝調(diào)試容易、建設(shè)周期大大縮短，一般在幾周內(nèi)就可完成網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，因此，可迅速為用戶提供服務(wù)。另外，LMDS系統(tǒng)具有良好的可擴展性，便于擴充容量和提供新業(yè)務(wù)，服務(wù)商可隨時根據(jù)用戶需求進行系統(tǒng)設(shè)計或動態(tài)分配系統(tǒng)資源，添加所需設(shè)備，提供新的服務(wù)，而且不會因用戶變化而造成資金或設(shè)備的浪費；

　�。�4）頻率復(fù)用度高，系統(tǒng)容量大。

　　在LMDS中心站，容量可超過覆蓋區(qū)內(nèi)用戶業(yè)務(wù)總量，因此LMDS很可能是“范圍”受限系統(tǒng)，而不是“容量”受限系統(tǒng)，特別適合在高密度用戶地區(qū)使用。

3、LMDS的應(yīng)用

　　鑒于上述特點，LMDS的適用范圍非常廣泛：

　�。�1）租用線業(yè)務(wù)（Leased Lines Service）

　　租用線業(yè)務(wù)可為用戶終端上網(wǎng)提供E1和幀中繼（FR）連接、用戶自動交換機（PABX）連接和基于專線的廣域網(wǎng)連接應(yīng)用，還可為不同運營商的基站之間提供互連。

　　（2）突發(fā)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（Bursty Data Service）

　　這類業(yè)務(wù)的應(yīng)用有Internet、Internet及局域網(wǎng)互聯(lián)等，主要面向企業(yè)、SOHO（Small Office, Home Office）以及居民用戶。隨著將來業(yè)務(wù)的不斷拓展，LMDS系統(tǒng)還可提供遠程醫(yī)療、遠程教學(xué)、遠程圖像監(jiān)控、網(wǎng)上購物及網(wǎng)上交互式游戲等眾多增值業(yè)務(wù)。

　�。�3）交換話音業(yè)務(wù)（Switched Telephony Service）

　　這類業(yè)務(wù)采用V5.2或其它符合標準的網(wǎng)絡(luò)接口，為傳統(tǒng)的話音和ISDN通信提供接入服務(wù)。LMDS可用作異步轉(zhuǎn)移模式（ATM）和光纖同步網(wǎng)（SONET）的媒介，不可作為PCS骨干網(wǎng)、銅線/光纖的備份。

　�。�4）數(shù)字視頻業(yè)務(wù)（Digital Video Service）

　　這類業(yè)務(wù)的應(yīng)用包括VOD、數(shù)字電視和高清晰度廣播等。從網(wǎng)絡(luò)角度來說，考慮到業(yè)國的不對稱性，采用有QoS保障的突發(fā)數(shù)據(jù)方式支持此類業(yè)務(wù)較理想。相對傳統(tǒng)的有線電視接入系統(tǒng)多路多點分配業(yè)務(wù)（MMDS）而言，LMDS所處頻段較高，覆蓋范圍比MMDS小很多，但它提供的頻道數(shù)卻遠遠超過MMDS。此外，MMDS通常只是一種單向廣播網(wǎng)，無法支持交互式業(yè)務(wù)。

4、LMDS在國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r

　　LMDS技術(shù)最初由美國Cellular Vision公司開發(fā)，1991年獲得技術(shù)試驗許可證。目前世界上已有不少廠家可提供完整的LMDS解決方案，其中美國P-COM、加拿大Newbridge Networks、法國Alcatel等公司的產(chǎn)品已有規(guī)模商用的經(jīng)驗，許多國際著名通信公司也紛紛涉足這一領(lǐng)域，已經(jīng)或即將推出自己的產(chǎn)品。

　　近幾年，美國業(yè)界對LMDS的熱衷使全球掀起了LMDS熱潮。已有多個國家對LMDS進行了頻率分配，其中美國、巴西、日本和加拿大已推出LMDS商用業(yè)務(wù)。美國Cellular Vision公司在紐約的系統(tǒng)是世界上最成熟的LMDS系統(tǒng)，到1997年年底，該網(wǎng)絡(luò)已有用戶1.2萬，業(yè)務(wù)范圍多為多頻道的電視節(jié)目，其價格低于競爭對手30%。該套LMDS系統(tǒng)能提供的下行數(shù)據(jù)流速率可達48Mb/s。

　　我國通信界也密切關(guān)注LMDS的進展。自1999年以來，我國各大通信公司紛紛開通LMDS試驗網(wǎng)。中國聯(lián)通在廣州，中國網(wǎng)通在北京，中國移動在重慶、杭州和武漢，中國電信在廣東都開展了LMDS的試驗工作。新興的網(wǎng)絡(luò)運營商（如網(wǎng)通和吉通公司）擁有獨立的業(yè)務(wù)范圍（如高速上網(wǎng)和IP電話）。LMDS技術(shù)可使這些公司在短期內(nèi)傳統(tǒng)運營商強有力的競爭對手。中國聯(lián)通和中國電信都擁有完整的光纖干線和本地環(huán)路，在上海、北京、南京等很多發(fā)達城市，已建立本地寬帶信息源，但如何把大量的寬帶業(yè)務(wù)分配下去仍是個難題。而作為最先進的寬帶無線接入技術(shù)——LMDS則能起到寬帶業(yè)務(wù)分配的作用，可使千家萬戶迅速享受到寬帶業(yè)務(wù)分配的作用，可使千家萬戶迅速享受到寬帶業(yè)務(wù)帶來的諸多便利和樂趣。過去，中國移動公司必須租用中國電信公司的電路實現(xiàn)基站互連，但如果采用LMDS技術(shù)，就能很快組建自己的基站互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，從而降低運營成本；中國聯(lián)通在此方面與之雷同。同時，中國移動也正在著手組建自己的IP網(wǎng)，LMDS可通過10BASE-T接口，把BSC周圍的寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)寬松地接入到核心網(wǎng)。

　　特別值得一提的是，信息產(chǎn)業(yè)部于2001年8月29日下發(fā)了《關(guān)于發(fā)布26GHz頻段FDD方式本地多點分配業(yè)務(wù)（LMDS）頻率規(guī)劃（試行）的通知》，決定將24.45-27GHz頻段的部分頻率作為FDD方式LMDS的使用頻率：中心站（BS）發(fā)射頻段為24.507-25.515GHz，終端站（CPE）發(fā)射頻段為25.757-26.765GHz，收發(fā)頻率間隔為1250MHz；基本頻道帶寬為3.5MHz、7MHz、14MHz、28MHz，可根據(jù)具體業(yè)務(wù)需求將基本信道合并使用。隨著我國對LMDS頻率的分配，必然會進一步加快LMDS在我國的商用進程。

摘自《電信快報》（2002年第5期）