無線寬帶調(diào)制解調(diào)器

李明琪
　　無線寬帶Internet接入使用多個頻帶。無線寬帶調(diào)制解調(diào)器提供與在有線電視系統(tǒng)（CATV）上運行的電纜調(diào)制解調(diào)器類似的性能，但是由于發(fā)射機覆蓋了整個城市或地區(qū)，所以更容易進入市場。


　　寬帶無線系統(tǒng)可以在一個6Mhz的頻道中傳送30MHz的數(shù)據(jù)容量。無線系統(tǒng)的強項是可以快速地在16km、32km或56km的半徑內(nèi)（取決于所用的頻帶）提供高突發(fā)速度的Internet接入。這就為服務提供商用CATV的銅纜設施是典型的為鄰近的住宅提供服務的，不能為高級用戶服務。無線系統(tǒng)在技術(shù)和市場關(guān)系上提出了特殊的要求。
　　Internet的傳送基礎(chǔ)


　　在Internet傳輸和連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸之間有兩點關(guān)鍵的不同之處：


　　*連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)母拍睿ɡ�如帶寬分配）對每個用戶來說已經(jīng)變得毫無意義了，至少對于Internet交易而言是這樣的。Internet除了實際是以猝發(fā)的方式傳輸信息包這一點以外，它還要求提供帶寬。如果有許多用戶，那么在接收文件或猝發(fā)數(shù)據(jù)的時候?qū)�會有延遲。延遲隨著交易負荷的增加而增加，是服務質(zhì)量的一個度量項目。


　　*大多數(shù)形式的Internet文件傳輸都需要Internet協(xié)議（IP）應答（ACKs）。在ACKs返回到信息源的時候，延遲或等待時間會使下行文件傳輸減慢。


　　下行通信使用TCP（傳輸控制協(xié)議）/IP。用戶的計算機通過發(fā)送一個ACK信號上行回答收到信息包了。TCP使用一種稱為滑動窗口的數(shù)據(jù)流控制格式，這使得適合于高位速率的下行信道的很快的下行猝發(fā)交易得以實現(xiàn)（但是對共享的信道則調(diào)節(jié)到比較低的平均速率，適合計算機以1-2Mbps的速率接收數(shù)據(jù)的能力）。猝發(fā)通信在接收ACK時的等待時間或延遲時間對下行速度是有影響的，TCP對猝發(fā)通信作了優(yōu)化。下面是TCP/IP在電纜調(diào)制解調(diào)器系統(tǒng)上的影響：


　　*TCP/IP對由于干擾引起的下行通信偶然的短暫丟失比電視信號有更強的容錯能力，因為它可以請求重傳。
　　*為應答傳送的信息和請求文件需要返回路徑。


　　*交易是非對稱的，也就是說，即使是低帶寬的返回路徑（例如14.4kbps的電話連接），10mbps的無線下行路徑仍能夠達到快速的下行文件傳輸。


　　*用電話連接作為返回路徑的無線下行路徑是提供服務的一種可行的方法（早期是選擇無線返回的，這是因為當時的設備價格和有限的適用帶寬。這種方式可提供比較低的等待時間，在大多數(shù)的情況下可為商業(yè)應用中的文件傳送提出比較高的上行速度）。


　　*不管是電話返回路徑還是無線返回路徑都可能引入其他一些因素，引起高的等待時間，導致下行速度減慢。例如，V.34 28.8kbit的電話調(diào)制解調(diào)器就比V.32 14.4kbit的電話調(diào)制解調(diào)器的等待時間長。同樣，某些蜂窩無線和衛(wèi)星的數(shù)據(jù)服務的等待時間非常大，結(jié)果文件傳輸速度也就很慢。


　　無線寬帶調(diào)制解調(diào)器系統(tǒng)的等待時間在往返之間是不一樣的，無線的等待時間是25ms，而電話返回的等待時間是125ms。電話返回系統(tǒng)的ACK大約是40個字節(jié)長，而無線返回ACK則是80個字節(jié)長，因為它們的協(xié)議不同。
　　電纜調(diào)制解調(diào)器系統(tǒng)和電纜調(diào)制解調(diào)器基本要素


　　1.電纜調(diào)制解調(diào)器系統(tǒng)


　　客戶機/服務器的調(diào)制解調(diào)器的體系結(jié)構(gòu)向運營商提供了從頭端對調(diào)制解調(diào)器（用戶）的控制。


　　從服務提供商開始，除了需要一些本地服務器（例如E-mail服務器和高速緩存服務器）以保存頻繁訪問的頁面而避免在網(wǎng)絡上反復地請求這些頁面以外，不需要與Internet的連接。與局域網(wǎng)（LAN）的連接是下行路由器的某種形式。數(shù)字輸出由提供44Mhz的中間頻率（IF,intermedium Frequency）信號給發(fā)射機的64-QAM調(diào)制器轉(zhuǎn)換。信號占用6Mhz的帶寬（調(diào)制類型和信道寬度隨不同廠商而變）。用戶接收視距（LOS,Line of Sight）信號、電纜調(diào)制解調(diào)器以以太網(wǎng)的方式與計算機連接，或者在以太網(wǎng)lan中與多臺計算機連接。電纜調(diào)制解調(diào)器的返回路徑是在到達調(diào)制解調(diào)器組和上行路由器的撥號電話網(wǎng)絡上。返回路徑攜載了上行請求信息和下行信息包的應答信息。在這種方式中，返回路徑直接連接到提供商的LAN上，給出了本地服務器的最快的文件傳輸。調(diào)制解調(diào)器組也可以位于由傳統(tǒng)的數(shù)字設備連接的遠端場所（調(diào)制解調(diào)器組也可以連接到另一個Internet接入點上，這對來自internet的交易沒有什么不同，但是會由于ACK的Internet延遲而使來自本地服務器的傳輸減慢。）

　　每個6MHz的信道可支持大約9000個用戶。這個數(shù)字隨交易和用戶的類型而變，如果使用有方向的發(fā)射機天線代替全方向的發(fā)射機天線，可以使支持的用戶數(shù)增加。有方向的發(fā)射機天線用不同的發(fā)射機為不同的扇面服務。


　　2.電纜調(diào)制解調(diào)器


　　無線寬帶調(diào)制解調(diào)器的服務建筑在有線電纜服務的比較簡單的體系結(jié)構(gòu)之上，所以首先理解變化較少的電纜系統(tǒng)的運行過程是有幫助的�，F(xiàn)代的CATV系統(tǒng)有從50-806Mhz的下行頻道。電纜調(diào)制解調(diào)器按照設計調(diào)諧到這些頻道中的全部或某些頻道上去。在與用戶的接口上面的信號電平標稱為0dbmV(75Ω、1mW)，而且是穩(wěn)定的，隨溫度和時間緩慢變化。一個64-QAM調(diào)制器可在一個6MHz的頻道中以30Mbps速率傳送數(shù)據(jù)。
　　電纜調(diào)制解調(diào)器由標準的數(shù)字化控制的已接好電纜的電視調(diào)諧器構(gòu)成，這是一個64-QAM調(diào)制器和連接到用戶的計算機的以太網(wǎng)控制器。從計算機的返回路徑攜截ACK消息或上行文件傳輸（例如E-mail）。為在電纜系統(tǒng)上返回，上行連接可以使用連接到電話調(diào)制解調(diào)器上的RS-232接口或一個調(diào)制的上行信號（例如四相位移相鍵控-QPSK）。帶有內(nèi)存的內(nèi)部處理器控制調(diào)諧　器和返回路徑以及更復雜的功能，例如下行信息包濾波。對于調(diào)制解調(diào)器的調(diào)諧有如下幾點需要注意：


　　*理想的調(diào)制解調(diào)器可為CATV和無線兩種應用條件運行，雖然無線在接收信號時的傳播和管理上，有一些不同的要求。


　　*標準的數(shù)字控制的TV調(diào)諧　器的調(diào)諧是以62.5KHz為一步的。


　　*電纜調(diào)制解調(diào)器廠商生產(chǎn)的是只能調(diào)諧到固定頻率上的調(diào)制解調(diào)器。電纜調(diào)制解調(diào)器采用離散的數(shù)字調(diào)諧，而非模擬調(diào)諧。許多調(diào)制解調(diào)器是以6Mhz為一個調(diào)諧步的，對所有的無線頻帶而言，是不夠的。


　　*64-QAM調(diào)制器也驅(qū)動調(diào)諧器。調(diào)諧器也必須能夠校正發(fā)生在電視調(diào)諧器/降頻變換器和接收的信號中的頻率錯誤。輸入頻率的穩(wěn)定性通常是在±50Khz的范圍內(nèi)。


　　無線下行系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)


　　無線系統(tǒng)的工程化過程是復雜的，這是由于有如下幾個因素：


　　*實際的無線發(fā)射機的位置可能與Internet頭端的位置不在一處。


　　*要求LOS傳送。


　　*信號功率隨距離的增加而下降。


　　*依照得到的許可使用頻率而使用不同的固定傳送頻率。


　　*由于多路徑而產(chǎn)生衰減。


　　*需要在屋頂、建筑物旁或在窗口架設接收天線。


　　*雙向工作受到了得到的許可的情況、帶寬和無線電管理機構(gòu)的管理法規(guī)的限制。


　　這些要求中有一些會互相作用：


　　*如果有完全的自由，那么發(fā)射機就會放Internet服務連接方便而又對用戶有LOS傳送的場所，這兩個要求有一半的時間是相互沖突的，所以發(fā)射機和Internet頭端不能共處一地。


　　*無線天線和發(fā)射機的場站通常會選擇為中心城市或幾個鄉(xiāng)村社團提供LOS電視的地點。頻帶的使用許可是為覆蓋這樣的寬廣地區(qū)發(fā)放的，而不是為個人通信服務（PCS）蜂窩發(fā)放的。結(jié)果，發(fā)射機的場站可能很難放在靠近山上的位置。


　　*與Inernet連接的最近的連接點常常是在市區(qū)，這里常常又是Internet頭端維護的最佳位置。


　　頻帶和限制


　　頻帶確定了接收天線的類型和發(fā)射機的覆蓋面積或范圍。MMDS、教育電視固定服務業(yè)務（ITFS,Insructional Television Fixed Service）和多點發(fā)送服務（MDS,Multupoint Distribution service）模擬電視發(fā)射機是首先用于Internet接入的。電視未用到的頻帶和1-3個數(shù)字的2Mhz的子頻道可以調(diào)整到模擬發(fā)射機的雙工器和濾波器上去工作。近期已經(jīng)有幾家廠商推出了數(shù)字發(fā)射機。


　　無線通信服務（WCS,Wireless Communications Service）是隨著正在開發(fā)的降頻變換器和無線發(fā)射機一起最新適用的業(yè)務。超高頻（UHF）和甚高頻（VHF）低功率發(fā)射機正在用于使用實驗許可證的Internet下行接入。大多數(shù)情況下的下行帶寬是6Mhz，而WCS是5Mhz。


　　在用戶的場所接收信號


　　頻帶確定了接收天線和降頻變換器（如果需要的話）的類型。LPTV信號由電纜調(diào)制解調(diào)器用標準的室外天線接收，可能會有一個放大器，但是比模擬電視機更“關(guān)心”信號的電平。電平必須與調(diào)制解調(diào)器可接受的范圍的高端接近，因為信號衰減的可能性比電平增加的可能性更大。


　　MMDS、MDS和WCS都需要一個小型天線與降頻變換器集成在一起并架設在屋頂或建筑物旁邊。這些低價格的設備是電纜調(diào)制解調(diào)器的價格的三分之一。天線可能是平面排列的，一平方英寸有17dB的增益，或者是圓屋頂形的設計，其他特點類似。其他部分使用局部拋物線的2英寸直徑或2英寸長的澆鑄的引向發(fā)射天線。大多數(shù)的降頻變換器都允許選擇內(nèi)部增益以及天線增益，以使輸出信號的電平能夠盡可能接受適合于調(diào)制解調(diào)器的0dBmV。下面是一些在無線環(huán)境中的注意點：


　　*要把天線安裝在有最小的多路徑的位置。


　　*要保證天線安裝在接收直接信號的位置，而不是在高度可能是變化的建筑外面并有較強的反射信號的位置。


　　*調(diào)整信號電平到0dBmV。


　　*與降頻變換器廠商協(xié)作實現(xiàn)放大器增益和天線增益的最簡單選擇，以便使對覆蓋區(qū)域所需的不同的型號的數(shù)目達到最小。


　　*使用適當?shù)奈⒉ㄦ溌返穆窂綋p耗計算。對通過公共發(fā)射機（子載波處理）的多個調(diào)制器的計算與一個發(fā)射機上的單獨一個型號的計算是有所不同的。


　　*為電纜調(diào)制解調(diào)器所作的降頻變換器的安裝設計也能支持視象服務。由于電纜調(diào)制解調(diào)器有特殊的電平要求，所以反過來可能并不行。


　　*在有線電纜環(huán)境中的標稱信號是0dBmV、75Ω。電纜調(diào)制解調(diào)器的調(diào)諧器/調(diào)制器對輸入電平只能接受有限的變化。依賴于制造商、型號、運行頻率和MMDS環(huán)境　，除了多徑路畸變（在理想情況下由電纜調(diào)制解調(diào)器的均衡器消除了）以外，路徑損耗是穩(wěn)定的，可以選擇天線或降頻變換器的增益，以便為電纜調(diào)制解調(diào)器提供正確的電平。在LPTV的情況中，路徑衰減更常見，介是一個室外的用LOS方式運行的天線可使來自路徑的電平變化減至最小。


　　獲取到達廣播無線發(fā)射機的信號


　　大多數(shù)的無線發(fā)射機都需要高塔來達到對區(qū)域的覆蓋。天線塔常常解決不了的問題是獲取從Internet的存在點到發(fā)射機的下行信號。路徑與系統(tǒng)的其余部分一樣重要，必須正確地設計。有無線和光纖兩種基本的傳送媒體；也有幅度調(diào)制兩種傳送技術(shù)。幅度調(diào)制提供更多的頻道，然而選擇取決于是否有電視信號鏈路存在和規(guī)劃要比市場增長超前多長時間。


　　要注意的是，在無線環(huán)境中，在上行鏈路中的頻率漂移使最終傳送的下行信號的穩(wěn)定性降低。在STL的情況中，降頻變換和增頻變換器把44Mhz的IF信號變換為接受基帶的穩(wěn)態(tài)。在幅度調(diào)制鏈路的情況中，如果設備不能被鎖定在一個穩(wěn)定的參照點，那么就變換到CATV頻帶，并將回到IF穩(wěn)態(tài)。


　　無線返回（雙向無線）選擇


　　由于可用的頻譜、設備和管理法規(guī)等一些方面的原因，早期是采用雙向無線的方式，技術(shù)、管理法規(guī)和市場的變化都非常之快。服務提供商將會在必要時采用電話、綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)絡（ISDN）和無線返回的混合方式滿足用戶的需要。


　　1.ISM頻帶的應用


　　在任何的ISM頻帶中使用商用的展寬頻譜調(diào)制器是可能的。這些可以與電話返回時的外接電話調(diào)制解調(diào)器一樣的方式從電纜調(diào)制解調(diào)器的RS-232口輸出，其優(yōu)點是頻譜是自由的，現(xiàn)在即可使用，還可以讓運營商不用再去關(guān)心配置問題。這可能成為一種可行的長期解決方案，給出的頻譜價格在傳統(tǒng)的頻帶的價格以內(nèi)，方向性非常強的2.4GHz的天線把與其他的用戶之間的干擾減到了最小。


　　2.來自電纜調(diào)制解調(diào)器的QPSK信號的應用


　　各個廠商正在開發(fā)變換器和增頻變換器取電纜返回調(diào)制解調(diào)器的5-42Mhz的QPSK信號輸出，并將其變換為WCS、MDS1、MDS2和MDS2A頻帶。所胃的變換器即降頻變換器和增頻變換器的簡單組合，這些設備的外部特性民降頻變器是類似的，且生成50mW或100mW的發(fā)射功率。如果距離較近，且存在LOS的話，那么，這個功率對于回到下行發(fā)射機站或internet頭端已足夠了。QPSK信號的位速率可以調(diào)整到不同的值，從256kbps-5.12Mbps。這個值越低，允許的用戶越多。


　　下面是運營商在雙向運行時所面臨的一些問題：


　　*如果發(fā)射機是與internet頭端分開的，那么返回路徑必須經(jīng)過許可，并要像下行路徑一樣購買。


　　*帶寬/位速率用于上行，例如在MDS1和MDS2組合的頻帶聽12Mhz的帶寬可以切分為200KHz的頻道，有256kbps或320kbps的速率，這樣就給出了支持大約3000用戶的60個頻道，用全方向的沒有劃分為扇形的天線，這就意味著返回路徑接收天線必須隨著市場的增長劃分為扇形，以達到也下行一樣的上行用戶容量。


　　*QPSK調(diào)制器和變換器的增頻變換器和分決定頻率的穩(wěn)定性和返回路徑傳送的不失真信號輸出。


　　*回到下行發(fā)射機的傳送允許在用戶場地使用發(fā)射和接收集成的天線。這樣的價格比分開的天線的價格低，而且由于發(fā)射和接收是指向同一方向的，所以在接收天線安裝和調(diào)整方向的時候，發(fā)射天線也就自動被調(diào)整了。


　　*回到Internet頭端存在點（POP）的傳送可能需要分開的天線，單獨的調(diào)整方向。它避開了獲取從下行發(fā)射機回到POP的返回信號的要求。


　　無線Internet接入的市場背景


　　一般無線運營商都不直接提供Internet的接入服務，而是與有客房基礎(chǔ)和必要的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡技術(shù)的Internet服務提供商（ISP）結(jié)為伙伴。一些比較大的ISP甚至同時用電話接入、ISDN、有線CATV設施上的電纜調(diào)制解調(diào)器和無線上的服務提供Internet服務。這種情況出現(xiàn)的一個結(jié)果是ISP需要為有線和無線兩種設施工作的電纜調(diào)制解調(diào)器系統(tǒng)；另一個結(jié)果是電話返回系統(tǒng)通常使用ISP的現(xiàn)有的電話調(diào)制解調(diào)器組。


　　像非對稱數(shù)字用戶線（ADSL）、T1或有線電纜（Wired Cable）這樣一類的技術(shù)，在建設的時候可能需要比較大的資金投入。結(jié)果有一些CATV或基于電話的ISP就有準備地作了采用無線技術(shù)的市場調(diào)查。一旦得到了用戶的回答，就有可能會為高端服務業(yè)務進行同軸電纜以外的技術(shù)建設的長期投資。


　　大型的無線運營商也發(fā)現(xiàn)，高速的Internet服務是他們與CATV公司競爭的一個目標，而對他們來說，這樣的市場策略也正確的。在一個或兩個無線頻道上的Internet服務是與鄰近的頻道上提供模擬和數(shù)字兩種電視服務兼容的。


　　企業(yè)、圖書館、旅館飯店和學校是他們最初的市場目標，這一點有如下幾點理由：


　　*這些用戶通常都能支付比較好的價格，反映出對速度有比較的高的要求。


　　*和大多數(shù)的家庭用戶相比，確定在屋頂上的天線的位置比較容易。


　　*由于這些用戶一般都有其自己的管理信息系統(tǒng)（MIS）人員，所以他們對售后支持的要求都比較低。


　　*在應付大批客戶的之前，服務組織有時間得到的培訓。


　　此外，大型企業(yè)可能更喜歡無線Internet接入。他們可能不想為一條目前與Internet連接的T1線路花錢，即使他們可能有為電話業(yè)務而安裝的T1（1.544Mbps）本地設施，這種最初的企業(yè)關(guān)注推動了下面的兩點需求：
　　*對于為多個用戶服務的調(diào)制解調(diào)器的需要。


　　*ISP必須在增加住宅服務的同時，利用某種動工的技術(shù)為企業(yè)預留性能。一種技術(shù)是為幾個企業(yè)分配兩個子頻道和為大批的住宅用戶分配一個子頻道。


　　用于internet接入的MMDS/WCS發(fā)射機系統(tǒng)


　　MMDS目前在美國用在遞送娛樂電視節(jié)目，與ITFS合作為遠距離學習傳送視象信息。大多數(shù)的系統(tǒng)目前都使用美國國家電視系統(tǒng)委員　會（NYSC）標準的模擬傳送按6Mhz的無線電（RF）頻道傳送一套電視節(jié)目�？捎玫南滦蓄l譜包括：


　　*兩個MDS頻道，2150-2162MHz；


　　*16個ITFS頻道，A到D組，2500-2596MHz；


　　*8個MMDS頻道，E到F組，2596-2644MHz；


　　*4個ITFS，G組，與3個MMDSH1/2/3頻道交錯，2644-2686Mhz。


　　許多其他國家也已經(jīng)把類似的下行頻譜分配給了MMDS使用，范圍在2-3GHz。


　　隨著向數(shù)字壓縮與傳送的轉(zhuǎn)變，在MMDS地業(yè)中正在發(fā)生著巨大的變化。數(shù)字技術(shù)使得至少5個與NTSC模擬電視同樣分辯率的電視流可以壓縮到一個6MHz的RF頻道中去。在數(shù)字環(huán)境中，一個已經(jīng)接入到以上列出的大多數(shù)的下行頻道的運營商常�？梢赃x擇能夠與只有很少的多余頻道的直接廣播衛(wèi)星（DBS）或CATV娛樂電視遞送系統(tǒng)競爭的節(jié)目流。


　　由于數(shù)字電視壓縮的頻譜利用率高，MMDS系統(tǒng)的很少RF頻道可以專用于為Internet用戶提供寬帶的高速　數(shù)據(jù)服務和為MMDS運營商提供附加的收入流。對于使用RF下行、電話線上行的情況，美國的FCC已經(jīng)批準了。美國FCC的規(guī)定要求，由于共存的頻道和鄰近的頻道的干擾的原因，下行傳送必須充分地寫一種目前已經(jīng)批準的數(shù)字電視調(diào)制格式一致。一個使用64-QAM的6MHz的頻道能夠以30Mbps的速率遞送未經(jīng)加工的數(shù)據(jù)，或以27Mbps的速率遞送經(jīng)前向糾錯（FEC）加工后的數(shù)據(jù)。


　　假如大多數(shù)的MMDS RF頻道都被專用于娛樂電視遞送服務的話，那么就只有有限的頻道可用于下行數(shù)據(jù)了。向數(shù)字電視的轉(zhuǎn)化可能是增加系統(tǒng)容量和可用的數(shù)據(jù)頻道的有吸引力的方法，這就是選擇天線按扇形劃分。
　　Internet接入所用的MMDS/WCS發(fā)射機系統(tǒng)包括頻道化的發(fā)射機、頻道組合器、自動備份和網(wǎng)絡管理設備。數(shù)字發(fā)射機接收44MHz的中心的QAM IF，然后增頻變換和放大信號。發(fā)射機有5-10W的平均輸出功率。使用晶體振蕩器使相位器聲得到最好的抑制。前饋放大器和均衡技術(shù)提供了良好的增益和相位線性，而又使功耗達到最小。為了改進系統(tǒng)的可靠性，采用了帶有初級和備份發(fā)射機的自動備份系統(tǒng)。WCS系統(tǒng)需要頻譜整形濾波器以滿足美國的FCC對頻帶外功率的嚴格規(guī)定。頻道組合器利用波導方向濾波器把不鄰近的或鄰近的微波頻道組合起來傳送。為了遠程配置和故障管理，為發(fā)射機系統(tǒng)提供了信令網(wǎng)絡管理協(xié)議。


摘自《實用無線電－－數(shù)字世界》