3.5GHz寬帶接入技術(shù)分析

黃濤　劉道生


烽火科技集團(tuán)武漢虹信通信技術(shù)有限責(zé)任公司


1 概述


　　3.5GHz 寬帶無線接入系統(tǒng)是一種固定點(diǎn)到多點(diǎn)無線接入系統(tǒng)，它起源于2.5GHz MMDS，并對其進(jìn)行改進(jìn)使適合于雙向傳輸。其特色在于受雨雪等天氣影響小，全天候可靠覆蓋范圍一般在10 公里以上，適合中小企業(yè)和住宅用戶使用。


　　為了滿足市場對寬帶無線接入的需求，信息產(chǎn)業(yè)部首開先河，于2001 年8 月對3.4GHz～3.5GHz 共2331.5MHz 頻譜在武漢、重慶、青島、南京和廈門五個城市的頻率使用權(quán)進(jìn)行公開招標(biāo)。中國移動、中華通信獲得了以上五個城市的頻率使用權(quán)，另外，三江航天、中國普天通信、中國衛(wèi)星通信和廈門金橋也分別獲得武漢、重慶、南京和廈門的頻率使用權(quán)。隨后各運(yùn)營商進(jìn)行了設(shè)備招標(biāo)和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，并開始投入運(yùn)營。


　　信息產(chǎn)業(yè)部還將在2003 年春節(jié)后對3.4GHz--3.5GHz 共2331.5MHz 頻譜在北京、上海、深圳等32 個省會及大中城市的頻率使用權(quán)進(jìn)行招標(biāo)。參與競標(biāo)的除了中國電信、中國網(wǎng)通、中國聯(lián)通、中國移動、中國衛(wèi)通、鐵通公司六大電信運(yùn)營商外，還包括中華通信、中國普天、中國三江航天集團(tuán)、廈門金橋和中信網(wǎng)絡(luò)五家公司。目前各運(yùn)營商正積極準(zhǔn)備，以期在新一輪頻率競標(biāo)中獲得優(yōu)勢。


2 3.5GHz 寬帶接入系統(tǒng)與有線接入系統(tǒng)的比較


　　與光纖、同軸電纜等有線相比，無線通信技術(shù)有著無與倫比的優(yōu)勢：低成本、組網(wǎng)靈活、快速安裝、維護(hù)簡單等，在解決了可靠性及高吞吐傳輸?shù)葐栴}之后，無線聯(lián)網(wǎng)方式目前已經(jīng)在各個領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。下面將無線接入和光纜接入的優(yōu)缺點(diǎn)做一個比較。


　　(1)寬帶無線接入技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，運(yùn)營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(yùn)營,線纜和基建費(fèi)用所占的比例極少,啟動資金較小、性價比低，后期擴(kuò)容能力強(qiáng)，可以邊投資邊建設(shè)邊收益形成良性循環(huán)，加快投資的回收，降低運(yùn)營風(fēng)險。


　　(2)工作建設(shè)周期短，業(yè)務(wù)開展速度快，從開始建設(shè)到3.5GHz 固定無線接入系統(tǒng)實(shí)施時，不需要開挖地面、架線等量大、花銷大、時間長的工程，無線基站的架設(shè)時間只要1 天，最快可在一個月內(nèi)開展業(yè)務(wù)。


　　(3)在用戶發(fā)展方面極具靈活性。3.5GHz 固定無線接入系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性，用戶數(shù)　　目從少到多可以平滑過度，服務(wù)商可以隨時根據(jù)用戶需求進(jìn)行服務(wù)等級設(shè)定，動態(tài)分配系統(tǒng)資源，還可以在用戶需要時添加所需的設(shè)備，提供新的服務(wù)，也不會因?yàn)橛脩糇兓�而造成資金或設(shè)備的浪費(fèi)。


　　(4)可提供優(yōu)質(zhì)語音、數(shù)據(jù)等多種新業(yè)務(wù)。3.5GHz 固定無線接入系統(tǒng)的寬帶特性決定了它可以承載多種業(yè)務(wù)，包括語音、數(shù)據(jù)、Internet 和圖像等業(yè)務(wù)，并且可針對不同用戶的具體要求，提供不同等級的服務(wù)質(zhì)量。
　　(5)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用比較低。


3 3.5GHz 固定無線接入的基本特性


3.1 覆蓋范圍


　　從無線的工作原理來看，頻率越高，信號隨距離的衰耗就越快，繞射能力也越弱，這兩方面的因素決定了3.5GHz 固定無線接入技術(shù)的覆蓋能力。一般來說，3.5GHz 固定接入技術(shù)覆蓋范圍可達(dá)10km 以上，雨衰因素對3.5GHz 固定無線接入技術(shù)的影響不嚴(yán)重，但因其屬于準(zhǔn)視距傳輸，建筑物的阻擋對其傳輸有一定影響。
3.2 系統(tǒng)容量


　　目前，我國為3.5GHz 固定無線接入劃分了30MHz*2 的帶寬。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。另一個影響因素是頻率復(fù)用系數(shù)，頻率復(fù)用系數(shù)越高，相同頻帶寬度上可調(diào)制比特率就越高。一般來說，3.5GHz 固定無線接入調(diào)制方式有QPSK、16QAM、64QAM、GFSK、OFDM 等，目前實(shí)用系統(tǒng)在30MHz 帶寬上，在半徑為10 公里的覆蓋范圍內(nèi)，系統(tǒng)容量可達(dá)300Mbps 左右。


3.3 業(yè)務(wù)能力


　　3.5GHz 固定無線接入可支持以下業(yè)務(wù)類型（需要網(wǎng)絡(luò)側(cè)的配合）：高速Internet 接入、局域網(wǎng)互連、VPN、數(shù)據(jù)專線、IP 電話/IP 傳真、視頻會議、PSTN/ISDN。


3.4 適用范圍


　　從業(yè)務(wù)類型上看，3.5GHz 固定無線接入系統(tǒng)可以為企事業(yè)集團(tuán)用戶和社區(qū)用戶提供服務(wù)；從系統(tǒng)成本上來看，3.5GHz 固定無線接入較其它寬帶無線接入技術(shù)（如LMDS）技術(shù)成熟度高、技術(shù)難度小，因而設(shè)備成本較低，同時覆蓋用戶數(shù)廣泛，單用戶分擔(dān)的成本也較低。因此3.5GHz 固定無線接入適合于在業(yè)務(wù)發(fā)展期進(jìn)行較大范圍的覆蓋，從面上提供業(yè)務(wù)。


4 3.5GHz 寬帶接入系統(tǒng)基本組成


　　3.5GHz 固定無線接入屬于固定接入技術(shù)，以點(diǎn)到多點(diǎn)無線方式支持固定用戶的接入，不支持漫游功能。系統(tǒng)參考配置如圖1 所示:






圖1 3.5GHz 寬帶接入系統(tǒng)參考配置圖


　　系統(tǒng)構(gòu)成一般包括基站、遠(yuǎn)端站和網(wǎng)管系統(tǒng)三大部分，其中基站和遠(yuǎn)端站又分別分為室內(nèi)單元（IDU）和室外單元（ODU）兩部分。室內(nèi)單元提供基帶處理部分，如業(yè)務(wù)的適配和匯聚、調(diào)制解調(diào)、資源管理；室外單元提供基站和遠(yuǎn)端站之間的射頻傳輸功能，一般安置在建筑物的屋頂上。特殊情況下在中心站和終端站之間可以通過接力站進(jìn)行中繼。與終端站相接的用戶（通過UNI 接口）可以是單個的用戶終端(TE)，也可以是一個用戶駐地網(wǎng)（CPN）�；�站位于服務(wù)區(qū)中心，它覆蓋的服務(wù)區(qū)一般分為多個扇區(qū)，每個扇區(qū)可以對一個或多個遠(yuǎn)端站提供服務(wù)�；�站室內(nèi)單元將來自各個扇區(qū)不同用戶的上行業(yè)務(wù)量進(jìn)行匯聚復(fù)用，提交不同的業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)；將來自不同業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)的下行業(yè)務(wù)量分送至各個扇區(qū)。網(wǎng)絡(luò)側(cè)的接口一般有10/100Base-T 、ATM、E1 等接口。



　　遠(yuǎn)端站設(shè)置在用戶駐地，遠(yuǎn)端站室內(nèi)單元連接用戶終端、路由器等用戶駐地網(wǎng)設(shè)備。目前，實(shí)用化的3.5GHz 固定無線接入業(yè)務(wù)帶寬較低，可提供接口類型包括10Base-T、E1、POTS或ISDN 接口。


　　基站覆蓋的服務(wù)區(qū)一般劃分為若干個扇區(qū)，基站天線為扇區(qū)天線，現(xiàn)有的扇區(qū)天線波束角一般有30、45、60、90 或120 度角等，從而將服務(wù)區(qū)劃分為12、8、6、4 或3 個扇區(qū)。從具體實(shí)現(xiàn)上看，60、90 度角扇區(qū)天線居多。遠(yuǎn)端站射頻天線為定向天線，定向接收來自本扇區(qū)天線的信號。


　　在相鄰扇區(qū)之間理論上一般采用頻率分隔，并可采用不同極化方式，相鄰小區(qū)之間可以完全頻率復(fù)用。但在實(shí)際工程建設(shè)中，應(yīng)視具體情況而定典型的3.5GHz 寬帶無線接入系統(tǒng)由類似蜂窩配置的多個中心基站組成，每個基站與服務(wù)區(qū)的多個固定用戶通信。每一蜂窩的覆蓋區(qū)可劃分為多個扇區(qū)，可根據(jù)用戶需要在該扇區(qū)提供特定業(yè)務(wù)。同時3.5GHz 寬帶無線接入系統(tǒng)的這種模塊結(jié)構(gòu)使網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容很靈活方便；當(dāng)增加新用戶時基站無須添加基站射頻設(shè)備，與鋪設(shè)光纖、電纜相比，采用3.5GHz 寬帶無線接入系統(tǒng)技術(shù)，可快速增加用戶，大大縮短建設(shè)周期。一個典型應(yīng)用系統(tǒng)在一個3.5MHz 帶寬信道內(nèi)一般可提供下行15Mbps，上行8Mbps 的數(shù)據(jù)速率和以太網(wǎng)、E1 及2B+D 等接口，并提供數(shù)據(jù)及話音業(yè)務(wù)。一個6 扇區(qū)的基站小區(qū)可以提供下行90Mbps，上行48Mbps 的數(shù)據(jù)帶寬。


5 3.5GHz 固定無線接入系統(tǒng)的比較


　　目前國內(nèi)外提供3.5GHz 頻段無線接入設(shè)備的廠家主要有武漢虹信、大唐移動、大唐股份、奧維通、瑞瀾通信、金鵬、東方通信、中興、華為、西門子等廠家。由于3.5GHz 固定無線接入規(guī)范對業(yè)務(wù)接口的定義比較開放，因此運(yùn)營商可以根據(jù)自身業(yè)務(wù)的發(fā)展方向靈活地選擇廠商的設(shè)備實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)。投標(biāo)人對國內(nèi)外眾多廠商的情況進(jìn)行了較為充分的調(diào)研，現(xiàn)將部分廠商的11 種3.5G 頻段寬帶無線接入設(shè)備的主要指標(biāo)比較如下：


6 設(shè)備選型中需要考慮的問題


　　目前，中國電信、移動、網(wǎng)通、聯(lián)通、華通等運(yùn)營商正緊鑼密鼓地準(zhǔn)備第二批北京、上海、廣州等32 個城市的3.5GHz 頻率投標(biāo)和設(shè)備選型工作。在各運(yùn)營商選擇設(shè)備的過程中，需考慮如下問題：


(1)支持的業(yè)務(wù)類型和實(shí)現(xiàn)方式


　　運(yùn)營商要利用寬帶無線網(wǎng)絡(luò)提供多種接入服務(wù)，無疑要求無線系統(tǒng)可以支持多種業(yè)務(wù)接口。但由于目前通信網(wǎng)上各種業(yè)務(wù)接口種類繁多，要求一套系統(tǒng)同時支持所有業(yè)務(wù)接口，在業(yè)務(wù)提供和成本控制上是難以找到一個平衡點(diǎn)的。例如，雖然ATM 設(shè)備在技術(shù)上是提供多業(yè)務(wù)支持能力的最佳選擇，但設(shè)備成本尤其是用戶端設(shè)備成本居高不下。那么如何用最優(yōu)的硬件接口組合支持最多的業(yè)務(wù)種類？ 為此，我們可以按業(yè)務(wù)硬件承載形式分析目前國內(nèi)通信網(wǎng)上的業(yè)務(wù)種類，通過分析我們可以發(fā)現(xiàn)雖然業(yè)務(wù)種類繁多，但直接面對最終用戶的業(yè)務(wù)承載形式卻以Ethernet 網(wǎng)絡(luò)接口和E1 電路接口為主。只要寬帶無線接入設(shè)備可以提供Ethernet 網(wǎng)絡(luò)接口和E1 電路接口，那么無論是Internet 接入、VPN、VLAN、V.35、FR、VoIP、傳統(tǒng)話音等等業(yè)務(wù)都可以通過這兩類接口傳送給最終用戶。


　　當(dāng)然，目前通過采取一些技術(shù)手段可以將以上的各種業(yè)務(wù)全部封裝在IP 數(shù)據(jù)包內(nèi)傳送給用戶，或則全部封裝在E1 電路時隙中傳送給用戶。但由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和電路業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)類型的差異，將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)封裝在電路時隙中傳輸或者將電路業(yè)務(wù)封裝在數(shù)據(jù)包中傳輸都會帶來封裝開銷大，業(yè)務(wù)質(zhì)量無法保證，業(yè)務(wù)承載媒體無法滿足業(yè)務(wù)特性的需求。因此在寬帶無線接入設(shè)備中兩種業(yè)務(wù)接口如果在MAC 層以上完全分開，將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和電路業(yè)務(wù)相互獨(dú)立地映射到物理層接口上。即兩種中業(yè)務(wù)類型在MAC 層上根據(jù)業(yè)務(wù)特性選取各自最優(yōu)的MAC 層幀結(jié)構(gòu)，然后在物理層上將兩種MAC 幀合并到空中無線接口傳輸。采用這種分開處理的方式，可以避免多次封裝轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的開銷，可以根據(jù)不同業(yè)務(wù)對Qos、突發(fā)數(shù)據(jù)、時延的不同要求在分配物理層空中無線接口帶寬時采取不同的策略。這種處理方法比在較高高層次上合并業(yè)務(wù)的處理方法較易滿足業(yè)務(wù)提供能力和成本控制的要求。


(2)單基站支持的用戶數(shù)和提供的帶寬


　　在實(shí)際的3.5GHz 無線接入系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)營中，每個運(yùn)營商可獲得3*3.5MHz 帶寬資源，一般每個基站提供4-6 扇區(qū)組網(wǎng)覆蓋，按覆蓋半徑5Km 計算，覆蓋面積大約為76 平方公里，人口大約8 萬，按0.3%比例計算，每基站也需支持240 個用戶終端端設(shè)備，按每個用戶終端平均512Kbps 總數(shù)據(jù)速率要求，每基站應(yīng)可提供120Mbps 的總?cè)萘俊０? 個扇區(qū)平均計算，每扇區(qū)大約需提供20Mbps 的總數(shù)據(jù)帶寬。


　　不同廠家的3.5G 設(shè)備單基站可支持的終端站數(shù)目和可提供的數(shù)據(jù)帶寬不同。有些是基于點(diǎn)對點(diǎn)系統(tǒng)發(fā)展而來，每一基站BU 單元只能對應(yīng)唯一的用戶終端設(shè)備，這樣對運(yùn)營商的用戶發(fā)展非常不利。另外，隨著業(yè)務(wù)發(fā)展和對寬帶服務(wù)需求的增長，在帶寬資源非常有限的情況下，高頻譜利用率和高效的調(diào)制方式顯得非常重要。64QAM 及更高調(diào)制方式應(yīng)是發(fā)展的趨勢。如國內(nèi)某工程中獲得的實(shí)測數(shù)據(jù)如下：（信道帶寬為3.5MHz）







　　由表可見，在相同的頻率帶寬資源和設(shè)備投資下，采用64QAM 等高效調(diào)制方式可獲得更多的數(shù)據(jù)帶寬，并可以滿足實(shí)際工程的覆蓋要求，但可為更多的用戶提供服務(wù)，并且每Mb/s 數(shù)據(jù)帶寬的成本可以降低。


(3)用戶終端站的價格


　　對3.5GHz 寬帶無線接入系統(tǒng)發(fā)展起決定作用的一是市場需求，二就是用戶終端站的價格。隨著信息化的提高，人們對寬帶服務(wù)的需求明顯增加，各運(yùn)營商在寬帶接入服務(wù)市場的競爭也愈來愈激烈，3.5GHz 寬帶無線接入系統(tǒng)憑借其特有的優(yōu)勢，在寬帶接入服務(wù)市場中將占有重要的一席。


　　而在3.5GHz 寬帶無線接入系統(tǒng)的建設(shè)運(yùn)營中，隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，用戶終端站的數(shù)量將愈來愈多，基站設(shè)備單位（每Mbit）成本隨用戶數(shù)目增加和帶寬超賣而減少，用戶端設(shè)備成本隨用戶數(shù)目和帶寬超賣增加線性增加。目前發(fā)展用戶，用戶端設(shè)備都是免費(fèi)提供，用戶端設(shè)備投資不可能從用戶處收取。因此用戶端設(shè)備價格式是影響投資回收期和業(yè)務(wù)發(fā)展的決定因素。按每基站平均支持200 個用戶終端設(shè)備，每用戶終端設(shè)備1 萬元人民幣計算，每基站的用戶終端設(shè)備投資將達(dá)200 萬，遠(yuǎn)多于基站設(shè)備的投資。因此，遠(yuǎn)端站的價格對運(yùn)營商是至關(guān)重要的。★



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