淺析3.5GHz寬帶無線接入技術(shù)

　　隨著社會不斷向前發(fā)展，人們對信息的要求也在發(fā)生變化，從以前簡單的通話方式到現(xiàn)在的信息傳遞，傳統(tǒng)形式的信息方式和通信設(shè)備顯得有些跟不上時代發(fā)展。在我國，以電話業(yè)務(wù)為基礎(chǔ)的電話網(wǎng)經(jīng)過幾十年的高速發(fā)展，已經(jīng)具有較大規(guī)模，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的程控化、數(shù)字化比例已超過了一些發(fā)達國家，但是，城市建設(shè)中地下管線問題影響了其發(fā)展，并且過去鋪設(shè)的用線(纜)不能提供和解決寬帶業(yè)務(wù)的需求，盡管在有些地方已建設(shè)了許多光纜，但還是滿足不了人們的通信需求，因此，接入網(wǎng)的技術(shù)及其發(fā)展受到了各地較大的關(guān)注。根據(jù)信息產(chǎn)業(yè)部無線電管理局“關(guān)于3.4-3.6GHz頻段無線接入系統(tǒng)使用頻率的通知”(信無[2000]第88號)的文件精神，將3.5GHz這段頻率作為無線接入的專用頻率。2001年和2003年信息產(chǎn)業(yè)部采用評選(招標(biāo))的方式對3.5GHz寬帶無線接入頻率進行了公開的拍賣，拍賣后一些大城市接入網(wǎng)的建設(shè)已經(jīng)按照部標(biāo)YD/Tll58-2001《接入網(wǎng)技術(shù)要求3.5GHz固定無線接入網(wǎng)》和YD/T1197-200《接入網(wǎng)測試方法----3.5GHz固定接入》中規(guī)定的技術(shù)標(biāo)準，積極著手準備和建設(shè)。

　　接入網(wǎng)的實現(xiàn)方法分為兩種----無線接入和有線接入。在有線通信不斷發(fā)展的同時，無線通信技術(shù)以其靈活方便的功能特點，廣泛應(yīng)用于電信網(wǎng)的各個領(lǐng)域。

一、無線接入技術(shù)的原理

　　無線接入技術(shù)(Wireless Access Technology)也稱無線接續(xù)技術(shù)，或稱無線本地環(huán)路(Wireless Local Loop)，主要功能是以無線技術(shù)作為傳輸媒介向用戶提供固定的或移動的終端。無線本地環(huán)路的宗旨和目標(biāo)是提供與有線接入網(wǎng)具有相同的業(yè)務(wù)種類和更廣泛的服務(wù)范圍，無線本地環(huán)路具有應(yīng)用靈活，安裝快捷等特點。

　　在無線網(wǎng)絡(luò)的參考體系中，反向通道一般通過有線網(wǎng)的傳輸，或在LMDS情況下，通過無線網(wǎng)傳輸。內(nèi)容提供者通過核心網(wǎng)向無線接入節(jié)點發(fā)送內(nèi)容，為滿足衛(wèi)星及地面微波傳輸，在這個接入節(jié)點要重組數(shù)據(jù)并對其進行調(diào)制。在反向通道里，用戶使用與前向傳輸同樣的網(wǎng)絡(luò)或者接入網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)用DBS或MMDS業(yè)務(wù)時，需要接入網(wǎng)絡(luò)，它是一個單向網(wǎng)絡(luò)。

　　作為當(dāng)代最熱門的，同時也是大力發(fā)展的無線接入技術(shù)，大體上可分為移動方式接入和無線方式固定接入兩大類。

　　(一)移動式接入技術(shù)

　　此類技術(shù)主要指用戶終端在較大范圍內(nèi)移動通信系統(tǒng)的接入技術(shù)。這類通信系統(tǒng)主要包括以下幾種：

　　1、集群移動無線電話系統(tǒng)

　　它是專用的無線調(diào)度指揮通信系統(tǒng)，它在我國得到了較為廣泛的應(yīng)用。集群系統(tǒng)是從一對一的對講機形式，同頻單工組網(wǎng)形式，異頻單(雙)工組網(wǎng)形式到單信道一呼百應(yīng)，以及進一步帶選呼的系統(tǒng)發(fā)展到多信道自動撥號系統(tǒng)。近十年來，有向更高層次發(fā)展成多信道用戶共享的調(diào)度系統(tǒng)，它們可以與PSTN或PABX相連，并可以和該系統(tǒng)外的市活用戶通話。

　　2、蜂窩移動電話系統(tǒng)

　　70年代初由美國貝爾實驗室提出的，在給出蜂窩系統(tǒng)的覆蓋小區(qū)的概念和相關(guān)理論之后，該系統(tǒng)得到迅速的發(fā)展。其中第一代蜂窩移動電話系統(tǒng)是指陸上模擬蜂窩移動電話系統(tǒng)，主要特征是用無線信道傳輸模擬信號。第二代則指數(shù)字蜂窩移動電話系統(tǒng)，它以直接傳輸和處理數(shù)字信息為主要特征，因此具有一切數(shù)字系統(tǒng)所具有的優(yōu)點，代表性的是泛歐數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)GSM。到現(xiàn)在數(shù)字蜂窩移動電話系統(tǒng)正向第三代方向平滑的過渡，具有代表性的是CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA。

　　3、衛(wèi)星通信系統(tǒng)

　　采用低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)是實現(xiàn)個人通信的重要途徑之一，現(xiàn)在有美國Motorola公司的“銥星”計劃(盡管現(xiàn)在以不作為民用)，日本NTT計劃，歐洲RACE計劃，整個系統(tǒng)由三個部分構(gòu)成，即衛(wèi)星及地面控制設(shè)備，關(guān)口站，終端。

　　(二)固定式無線技術(shù)

　　其英文名為Fixed Wireless Access，簡稱FWA，它是指能把從有線方式傳來的信息(語音、數(shù)據(jù)、圖像)用無線方式傳送到固定用戶終端或是實現(xiàn)相反傳輸?shù)囊环N通信系統(tǒng)，也有人用FRA，(Fixed Radio Access)一詞，還有人習(xí)慣與有線本地環(huán)路相反應(yīng)，采用無線本地環(huán)路(Wireless LocalLoop--WLL)的名字。按上述定義，它應(yīng)該包括了所有來自公共電話網(wǎng)的業(yè)務(wù)并用無線作傳輸方式送到固定用戶終端的系統(tǒng)，與移動通信相比，固定無線接入系統(tǒng)的用戶終端是固定的，或者是在極小范圍內(nèi)。

二、3.5GHz線接入系統(tǒng).

　　(一)3 5GHz無線接入系統(tǒng)的一般組成及各部分功能

　　3.5GHz無線接入系統(tǒng)一般由三部分組成：中心站(基站)、遠端站、網(wǎng)管系統(tǒng)，其中中心站是由多扇區(qū)組成的，特殊情況下在中心站和遠端站之間可以通過接力站進行中繼。各部分功能如下：

　　1、中心站

　　主要匯聚中心站不同扇區(qū)設(shè)備上的業(yè)務(wù)與信令數(shù)據(jù)，實現(xiàn)與核心網(wǎng)絡(luò)相連。系統(tǒng)能提供多種綜合業(yè)務(wù)，例如：PSTN、IP、FR幀中繼、ATM等。中心站設(shè)備通過劃分的扇區(qū)以無線點對多點方式負責(zé)對遠端站進行覆蓋，并提供對核心網(wǎng)絡(luò)接口。中心站設(shè)備包括室內(nèi)單元和室外單元兩部分，室內(nèi)單元是由與核心網(wǎng)絡(luò)相連的接口、調(diào)制與解調(diào)模塊以及中頻混合器組成；室外單元由射頻收發(fā)模塊和天線組成。

　　中心站可分為4-8個扇區(qū)，應(yīng)使用在一定角度范圍內(nèi)聚焦的扇區(qū)天線覆蓋遠端站。

　　2、遠端站

　　包括室外單元(含定向天線、射頻單元)和室內(nèi)單元(調(diào)制與解調(diào)單元以及與用戶室內(nèi)設(shè)備相連的業(yè)務(wù)接口單元)。系統(tǒng)可提供多種類型的用戶接口，目前常見的業(yè)務(wù)都可直接接入。遠端站可以為用戶提供語音、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)，也可以為用戶提供寬帶數(shù)據(jù)接入服務(wù)。

　　3、網(wǎng)管系統(tǒng)

　　主要與中心站相連，分成帶內(nèi)、帶外和串口連接三種方式。網(wǎng)管系統(tǒng)應(yīng)完成設(shè)備基本的配置、故障、性能、安全管理以及計費信息的采集。軟件工作平臺一般為WindowsNT、UNIX等。

　　4、接力站

　　作為系統(tǒng)實現(xiàn)的可選項，用以轉(zhuǎn)發(fā)中心站和用戶站之間的信號，以延長中心站和用戶站之間的距離。一個接力站可服務(wù)多個遠端站。接力站設(shè)備可按兩種類型配置，即同頻轉(zhuǎn)接接力站和基帶轉(zhuǎn)接接力站。同頻轉(zhuǎn)接接力站應(yīng)具有低功耗、無人值守性能，用太陽能電池或風(fēng)力發(fā)電設(shè)備供電�；鶐мD(zhuǎn)接接力站應(yīng)具備基帶再生功能，配置相應(yīng)的附屬單元后應(yīng)可兼具遠端站的功能。

　　（二）3.5GHz寬帶無線接入的多址技術(shù)

　　目前在3.5GHz頻段固定無線----接入領(lǐng)域中有三種主要的多址方式　FDMA、TDMA、CDMA。

　　1、FDMA----頻分多址

　　FDMA是最成熟的多址復(fù)用方式之一，采用FDMA尋址方式，系統(tǒng)中心站具有N個信道，每個信道對應(yīng)一個中心載頻；所有的遠端站TS可以共享中心站的信道資源，即在中心站的控制下，TS可以工作在任一載頻信道上；FDMA的特點是技術(shù)成熟、穩(wěn)定、容易實現(xiàn)且成本較低。它的主要缺點是頻譜利用率較低，每個用戶(遠端站)都要占用一定的頻帶，尤其在空中帶寬資源有限的情況下，F(xiàn)DMA系統(tǒng)組織多扇區(qū)基站會遇到困難。單純采用FDMA作為多址接入方式已經(jīng)很少見，目前的實用系統(tǒng)多采用TDMA方式或采用FDMA+TDMA方式。

　　2、TDMA----時分多址

　　TDMA也是非常成熟的通信技術(shù)，所謂TDMA就是一個信道由連續(xù)的周期性時隙構(gòu)成，不同信號被分配到不同的時隙里，系統(tǒng)中心站將用戶數(shù)據(jù)按時隙排列(TDM)廣播發(fā)送，所有的TS都可接收到，根據(jù)地址信息取出送給自己的數(shù)據(jù)，下行發(fā)送使用一個載頻；所有TS共享上行載頻，在中心站控制下，按分配給自己的時隙將數(shù)據(jù)突發(fā)到中心站。由于TDMA的頻譜利用率相對FDMA要高，在目前的寬帶無線接入領(lǐng)域中被廣泛采用。

3、CDMA----碼分多址

　　所謂CDMA就是每一個信號被分配一個偽隨機二進制序列進行擴頻，不同信號的能量被分配到不同的偽隨機序列里，中心站使用正交的PN碼作為信道標(biāo)志，與不同TS通信使用同一頻率，但不同的PN碼擴頻來實現(xiàn)；每個TS都可以同時收到中心站發(fā)給所有TS的信號，中心站要同時接收來自各TS的同一頻率不同PN碼的信號；CDMA系統(tǒng)保證通信質(zhì)量必須做到：PN碼之間正交特性良好；PN碼要有足夠長度，以提高擴頻增益，即干擾容限。提高擴頻處理增益與支持寬帶業(yè)務(wù)接入是一對矛盾，在3.5GHz頻段頻率資源有限情況下，采用碼分多址技術(shù)的無線接入系統(tǒng)以窄帶、業(yè)務(wù)為主。

　　(三)3.5GHz寬帶無線接入的調(diào)制方式

　　目前3.5GHz頻段寬帶無線接入產(chǎn)品中主要選擇以下幾種調(diào)制方式：QPSK、16QAM以及64QAM，分別適應(yīng)不同帶寬及覆蓋范啊的需求。其中QPSK是目前中小容量數(shù)字微波通信系統(tǒng)中廣泛采用的調(diào)制方式，對相移鍵控(PSK)這樣的簡單系統(tǒng)，因為數(shù)據(jù)速率低，在PSK調(diào)制中信號波形的幅度和頻率都不發(fā)生變化，只是相位有變化，它具有較好的抗干擾性能。3.5GHz無線接入網(wǎng)中在實際的工作中，上下行鏈路可以采用不同的調(diào)制方法。

　　(四)雙工方式的選擇TDD和FDD

　　寬帶無線接入系統(tǒng)是一個雙向傳輸?shù)南到y(tǒng)，中心站和外圍站可以同時發(fā)射和接收，也就是可以進行雙工通信。根據(jù)設(shè)備組成原理的不同其雙工方式有TDD和FDD兩種。

　　采用TDD方式的無線通信系統(tǒng)中接收和發(fā)送是在同一頻率信道(載波)的不同時隙，用保護時間來分離接收與發(fā)送信道(或上下行鏈路)；而采用FDD模式的無線通信系統(tǒng)的接收和發(fā)送是在分離的兩個對稱頻率信道上，用保護頻段來分離上行信道和下行信道。采用不同雙工方式的無線通信系統(tǒng)的特點和通信效率是不同的。在國外寬帶無線接入系統(tǒng)有TDD方式和FDD方式兩種，目前除即將開放的5.8GHz頻段中寬帶無線接入系統(tǒng)外，信息產(chǎn)業(yè)部無線電管理局規(guī)劃的3.5GHz中寬帶無線接入系統(tǒng)和26GHzLMDS系統(tǒng)均采用FDD的雙工方式工作。

　　(五)OFDM技術(shù)

　　OFDM(正交頻分復(fù)用)技術(shù)在寬帶無線接入領(lǐng)域的應(yīng)用正在逐漸成為一種發(fā)展趨勢，OFDM解決符號間干擾的辦法是將一個無線信道分解成多個副載波，而且通過副載波同時傳輸數(shù)據(jù)。每個副載波的數(shù)據(jù)率比總的數(shù)據(jù)率低很多，但是到達終點的總數(shù)據(jù)率與信道分解前的數(shù)據(jù)率完全相同。由于每個副載波數(shù)據(jù)率比總的數(shù)據(jù)率低，可使每個傳輸符號變得長些，從而消除了時延變化的影響。OFDM具有良好的選頻衰落和抗多徑干擾能力，使得無線接入系統(tǒng)對于視距傳輸?shù)囊�求降低，特別適用于日趨復(fù)雜的城市傳播環(huán)境，此外它還具有較高的頻譜效率。

　　(六)對電路交換與分組交換的支持

　　現(xiàn)代通信發(fā)展的大趨勢之一便是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的分組化。電路交換技術(shù)盡管有其不可磨滅的歷史功勛和內(nèi)在高質(zhì)量嚴管理的優(yōu)勢，但對于未來以突發(fā)性數(shù)據(jù)為主的業(yè)務(wù)而言，出現(xiàn)了效率低，傳輸成本和交換成本高，網(wǎng)絡(luò)資源浪費以及必須采用復(fù)雜的信令、計費方式和網(wǎng)管的弊端。特別是對一些新型的運營商來說，本身并沒有電路交換的基礎(chǔ)，他們構(gòu)思的未來網(wǎng)絡(luò)藍圖往往是可持續(xù)發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)，一體化網(wǎng)絡(luò)。分組化網(wǎng)有著傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)所無法具備的優(yōu)勢，例如無復(fù)雜的時分復(fù)用結(jié)構(gòu)，有信息才占用網(wǎng)絡(luò)資源，效率高，成本低，信令、計費和網(wǎng)管簡單，下一代的網(wǎng)絡(luò)將以IP為基礎(chǔ)，但并不是一個盡力而為的網(wǎng)絡(luò)，通過軟交換可同時支持語音、數(shù)據(jù)、視頻等綜合業(yè)務(wù)。目前比較先進的寬帶無線接入系統(tǒng)都可以支持分組業(yè)務(wù)。

　　(七)日趨豐富的業(yè)務(wù)接口

　　網(wǎng)絡(luò)是用來承載業(yè)務(wù)的，不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)往往適于傳送不同的業(yè)務(wù)信號，而不同的業(yè)務(wù)信息也往往要求不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來支持。特別是在接入網(wǎng)這一側(cè)，隨著國家政策的開放，誰經(jīng)營的業(yè)務(wù)種類越豐富，誰經(jīng)營的業(yè)務(wù)類型越先進，誰就能在這場接入網(wǎng)的戰(zhàn)爭中占據(jù)優(yōu)勢。因此各個運營商都對業(yè)務(wù)接口提出了非常高的要求，而設(shè)備供應(yīng)商提供的產(chǎn)品業(yè)務(wù)接口越豐富，也就越受運營商的青睞。目前根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，3.5GHz寬帶無線接入系統(tǒng)在中心站至少能提供V5、ATM、E1、以太網(wǎng)10BASE-T/100BASE-X接口中一種，在終端站至少能提供ISDN、POTS、以太網(wǎng)10BASE-T以及El接口中的一種。

三、3.5GHz寬帶無線接入系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)

　　(一)基站

　　1、發(fā)射機技術(shù)指標(biāo)

　　頻率范圍：3.500GHz-3.530GHz

　　載波輸出功率：25dBm(316mW)

　　雜散射頻分量：≤50dBm

　　2、接收機技術(shù)指標(biāo)

　　頻率范圍：3.400GHz-3.340GHz

　　頻率穩(wěn)定度：±2.5ppm

　　接收靈敏度：-84dBm(BER=10-9)

　　3、無線技術(shù)指標(biāo)

　　頻率范圍：3.400GHz-3.530GHz

　　增益：如下表

無線水平波束寬度
360°
90°
60°
45°

無線垂直波束寬度
7°
7°
7°
7°

　　增　益
　　≥11dB
≥15dB
≥17dB
≥19dB


　　極化方向：垂直、水平

　　方向網(wǎng)傾角：<-2°

　　特性阻抗：50Ω

　　駐波比(Vswk)：≤1.5

　　功率容量：≥1W

　　抗風(fēng)強度：>35m/s

　　(二)終端

　　1、接收機技術(shù)指標(biāo)

　　頻率范圍：3.400GHz？3.340GHz

　　接收靈敏度：-76dBm(BER=10-91)

　　2、發(fā)射機技術(shù)指標(biāo)

　　頻率范圍：3.500GHz-3.530GHz

　　發(fā)射功率：25dBm(316mW)

　　頻率容限：≤2.5ppm

　　功率容差：±2dB

　　(三)無線技術(shù)指標(biāo)

　　頻率范圍：3.400GHz-3.530GHz

　　增益：15dBi

　　波束寬度：25°

　　特性阻抗：50Ω

　　駐波比(VswR)：≤1.3

　　功率容量：≥1W

　　抗風(fēng)強度：>35m/s

四、組網(wǎng)模式

　　3.5GHz無線接入系統(tǒng)在組網(wǎng)模式上，比較類似移動通信中的小區(qū)蜂窩形式。每個小區(qū)包含中心站和遠端站，中心站和遠端站構(gòu)成點對多點的通信方式。系統(tǒng)中心站采用扇區(qū)方式，一般使用90°、60°。、45°扇區(qū)天線。相鄰扇區(qū)之間的載波中心頻率可以相同也可不同，如果相同，可采用交叉極化方式增強隔離度。小區(qū)之間的干擾，可用頻率、極化和發(fā)射功率大小來統(tǒng)一控制，以達到采用最少的波道覆蓋更多的接入。

　　綜上所述，是筆者對3.5GHz無線接入網(wǎng)作了簡單的介紹，隨著電信運營部門的增加，各個電信運營部門都將以無線接入作為自己業(yè)務(wù)的切入點，這樣勢必要造成在3.5GHz頻段上產(chǎn)生干擾。至此，自治區(qū)無線電監(jiān)測站作為新疆維吾爾自治區(qū)無線電技術(shù)管理的重要部門，為了更好的維護各電信運營部門的利益及天空的電磁環(huán)境，我站對每個擬建的微波站(包括3.5GHz無線接入網(wǎng))都要進行電磁環(huán)境的測試，同時也為無線電行政管理部門提供科學(xué)的管理依據(jù)。