淺析LMDS多點分配接入技術(shù)(一)

周志敏



1.LMDS技術(shù)的含義



　　LMDS（Local Multipoint Distribute Service）是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(shù)，1998年被美國電信界評選為十大新興通信技術(shù)之一。由于該技術(shù)利用高容量點對多點微波傳輸，可以提供雙向話音、數(shù)據(jù)及視頻圖像業(yè)務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)從Nx64kbs到2Mbps，甚至高達155Mbps的用戶接入速率，具有很高的可靠性，號稱是一種“無線光纖”技術(shù)。



　　LMDS“本地多點分配業(yè)務(wù)”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因為受工作頻率和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Internet、視頻業(yè)務(wù)）分別分配至各個用戶；“業(yè)務(wù)”是指系統(tǒng)運營者與用戶之間的業(yè)務(wù)提供與使用關(guān)系，即用戶從LMDS網(wǎng)絡(luò)所能得到的業(yè)務(wù)完全取決于運營者對業(yè)務(wù)的選擇。



　　LMDS工作在10GHz以上，一般在毫米波的波段附近，可用的帶寬達到1GHz以上，幾乎可以提供任何種類的業(yè)務(wù)，支持話音、數(shù)據(jù)和圖像業(yè)務(wù)，并支持ATM、TCP／IP和MPEG 2等標準。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(wù)，克服傳統(tǒng)的本地環(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)接入問題的利器。



　　LMDS采用一種類似蜂窩的服務(wù)區(qū)結(jié)構(gòu)，將一個需要提供業(yè)務(wù)的地區(qū)劃分為若干服務(wù)區(qū)，每個服務(wù)區(qū)內(nèi)設(shè)基站，基站設(shè)備經(jīng)點到多點無線鏈路與服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶端通信。每個服務(wù)區(qū)覆蓋范圍為幾公里至十幾公里，并可相互重疊。



　　目前各國的核心網(wǎng)絡(luò)建設(shè)均初具規(guī)模，基本可滿足當前通信的需求。而突出的矛盾體現(xiàn)在接入網(wǎng)方面，即用戶與核心網(wǎng)絡(luò)的連接部分。這一問題是通信向?qū)拵�、智能、個人化發(fā)展的關(guān)鍵，因此我國也把研究、發(fā)展和建設(shè)接入網(wǎng)列為重要任務(wù)。



　　從技術(shù)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。移動無線接入就例如我們熟悉的移動電話接人等，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。



　　隨著Internet的高速普及與多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，用戶對帶寬的要求越來越高，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(shè)備，成本又往往是用戶所不愿負擔的；全光纜網(wǎng)絡(luò)將是比較完美的解決方案，但對基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)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)。



　　普通的無線接入系統(tǒng)均是窄帶系統(tǒng)，工作在450MHz、800MHz等，針對低速的話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。而LMDS的寬帶特性，決定它幾乎可以承載任何種類的業(yè)務(wù)，包括話音、數(shù)據(jù)和圖像等，如下：



（1）話音業(yè)務(wù)



　　LMDS系統(tǒng)可提供高質(zhì)量的話盲服務(wù)，而且沒有時延。系統(tǒng)可提供標準接口，如RJ－11。



（2）數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)



　　LMDS的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)包括低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、中速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。具體數(shù)據(jù)速率可支持1.2kbit／S－155Mhit／S，并支持多種協(xié)議，包括幀中繼、ATM、TCP／IP等。



（3）圖像業(yè)務(wù)



　　LMDS可支持模擬和數(shù)字圖像業(yè)務(wù)，可提供的圖像信道包括150條遠程節(jié)目、10條本地節(jié)目，還可提供最少10條PPV節(jié)目信道。系統(tǒng)的信號可以從衛(wèi)星來，也可以是本地制作的；可以是加密的，也可以未加密。



1.1.技術(shù)原理



　　LMDS是以點對多點的固定無線通訊方式，提供寬頻及雙向的語音、數(shù)據(jù)、與視訊等傳輸，有別于傳統(tǒng)點對點（Point to Point）的微波傳輸。LMDS采用較高的頻率（通常為10～43GHz）為傳輸介質(zhì)，是一個快速、有彈性和具有效益性的寬頻網(wǎng)路。LMDS網(wǎng)路設(shè)備包含指向性天線（directional antenna）、區(qū)域性基地臺、Set-top Box、用戶天線，在用戶端與用戶端間以無線區(qū)域回路的網(wǎng)路架構(gòu)，只需在用戶端架設(shè)一具小型的碟形天線做為接收器而無需額外的配線。



　　LMDS建構(gòu)方式限于微波傳輸視線無障礙基礎(chǔ)，傳輸范圍不能太遠約3～5哩，可提供高達8萬個用戶端單一節(jié)點的傳輸。LMDS以家庭與商業(yè)用戶所使用的公用或私人網(wǎng)路應(yīng)用為主要市場，雖然國外的LMDS技術(shù)已經(jīng)相當成熟，但直到2000年國內(nèi)才開始注意到此技術(shù)。



1.2技術(shù)優(yōu)點



　　在理想的狀況下，LMDS的通訊可信度及傳輸效能可與光纖相當。它提供一般用戶最高達35Mbps至58Mbp的下行速度，而商業(yè)用戶則更高可達51.85～155.52Mbps。因此也有人把LMDS比喻為除了銅纜線及同軸電纜外，布建至企業(yè)或家庭中的「Third Wire」。除了上述寬帶特性，LMDS還具有無線系統(tǒng)所固有的優(yōu)點，如建設(shè)成本低，項目啟動快，建設(shè)周期短，維護費用低等。



　　前期投資比例較小，后期擴容能力強，投資回收快——LMDS系統(tǒng)的投資包括中心基站設(shè)備，用戶端設(shè)備，網(wǎng)管系統(tǒng)和其它附加費用。由于LMDS是一種利用基站覆蓋用戶端設(shè)備的體制，所以在網(wǎng)絡(luò)初期，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。隨著用戶數(shù)量的增加，可提高基站的配置，增加用戶端設(shè)備，逐步擴容，逐步追加投資。所以投資回收也很快。



　　可以根據(jù)用戶需要進行建設(shè)，在網(wǎng)絡(luò)正是投入運營之前，往往很難準確推算用戶的業(yè)務(wù)需求發(fā)展情況，傳統(tǒng)接入網(wǎng)絡(luò)中，用戶對帶寬和新業(yè)務(wù)的不斷的需求往往使服務(wù)商深感頭疼。而LMDS系統(tǒng)的基站、扇區(qū)覆蓋體制，用戶端設(shè)備的模塊化結(jié)構(gòu)，使容量擴充和新業(yè)務(wù)提供都很容易，服務(wù)商可以隨時根據(jù)用戶要求，添加所需的設(shè)備，提供新的服務(wù)。



1.3技術(shù)缺點



　　LMDS的致命缺點是在訊號傳輸上會有發(fā)射器和接收器之間一條直射的傳輸限制，如果中間有過多的障礙物阻擋訊號傳送，就會影響傳輸品質(zhì)。另外，LMDS使用約30GHz的頻段作為傳輸媒介，因該頻段屬于Ka頻段，故對于樹木、建筑物等障礙物的穿透能力較弱，而且有嚴重的雨衰效應(yīng)，只有在與基地臺建立直線傳輸線路時才會有較佳的通訊品質(zhì)。



2.LMDS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)



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



　　通常，LMDS設(shè)備廠商提供服務(wù)區(qū)的設(shè)備，包括基站系統(tǒng)、用戶端設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)運行中心的軟件，而骨干網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)設(shè)施，由電信服務(wù)商建設(shè)。



　　基礎(chǔ)骨干網(wǎng)絡(luò)又稱為核心網(wǎng)絡(luò)。為了使LMDS系統(tǒng)能夠提供多樣化的綜合業(yè)務(wù)，此核心網(wǎng)絡(luò)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Internet、公共電話網(wǎng)（PSTN）的互連模塊等組成。



　　基站直接進入電信骨干網(wǎng)絡(luò)或核心網(wǎng)絡(luò)。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�；�站負責進行用戶端的覆蓋，并提供骨干網(wǎng)絡(luò)的接口，包括PSTN、Internet、Frame Relay、ATM、ISDN等�；�站實現(xiàn)信號在基礎(chǔ)骨干網(wǎng)絡(luò)與無線傳輸之間的轉(zhuǎn)換。



　　基站設(shè)備包括與基礎(chǔ)骨干網(wǎng)絡(luò)相連的接口模塊、調(diào)制與解調(diào)模塊以及通常置于樓頂或塔頂?shù)奈⒉ㄊ瞻l(fā)模塊。



　　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(shè)備。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。



　　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)QAM。目前可以提供6AQM、16QAM等大大提高頻道利用率的調(diào)制技術(shù)。這樣，LMDS就可提供更高的扇區(qū)容量，使每扇區(qū)達200Mbps。



　　用戶端設(shè)備的配置差異較大，不同的設(shè)備供應(yīng)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(shè)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(shè)備相連的網(wǎng)絡(luò)接口模塊）。通常采用口徑很小的室外走向天線用戶端網(wǎng)絡(luò)接口單元NIU為各種用戶業(yè)務(wù)提供接口，并完成復(fù)用／解復(fù)用功能。



　　多個用戶端設(shè)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(yīng)根據(jù)用戶業(yè)務(wù)的特點及分布來選取適合的多址方式。



　　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(shù)不同的是，LMDS系統(tǒng)還可以以組成蜂窩網(wǎng)絡(luò)的形式運作，向特定區(qū)域提供業(yè)務(wù)。當由多基站提供區(qū)域覆蓋時，需要進行頻率復(fù)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。



3.典型LMDS系統(tǒng)構(gòu)成



　　典型的LMDS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)的多個固定用戶通過無線鏈路通信。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)。例如雙向數(shù)據(jù)、語音和視頻業(yè)務(wù)，同時可支持速率為ISDN-BRI、E1和E3的電話業(yè)務(wù)和專用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。LMDS可提供對稱業(yè)務(wù)與不對稱業(yè)務(wù)，如交互式電視和高速數(shù)據(jù)。另外可以提供互聯(lián)網(wǎng)接入，還可用于局域網(wǎng)的互聯(lián)。同時LMDS的這種模塊結(jié)構(gòu)使網(wǎng)絡(luò)擴容很靈活方便；當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LMDS技術(shù)，可快速增加用戶，大大縮短建設(shè)周期。



　　一個典型的商業(yè)LMDS應(yīng)用單扇區(qū)能提供的下行鏈路容量為50Mb/s～155Mb/s，上行鏈路容量為40Mb/s，這就意味著LMDS具有提供全業(yè)務(wù)網(wǎng)業(yè)務(wù)的潛在能力。LMDS也支持主要的話音和數(shù)據(jù)傳輸標準，如ATM、TCP/IP和MPEG-2等。



　　LMDS基站系統(tǒng)負責進行用戶端的覆蓋，并提供骨干網(wǎng)絡(luò)的接口，包括PSTN、Internet、FrameRelay、ATM、ISDN等。基站系統(tǒng)還必須支持冗余配置，即使用兩套設(shè)備互為熱備份，由控制系統(tǒng)自動檢測鏈路情況、誤碼水平等判據(jù)，一旦達到門限，則進行切換。用戶端設(shè)備包括室外安裝的微波發(fā)射、接收裝置和室內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)接口單元(NIU)，NIU為用戶提供各種業(yè)務(wù)接口，并完成復(fù)用/解復(fù)用功能。同時，LMDS系統(tǒng)的一大優(yōu)勢是可根據(jù)用戶情況進行網(wǎng)絡(luò)擴充，為網(wǎng)絡(luò)容量的擴充提供了多種方法。【未完待續(xù)】



摘自　賽迪網(wǎng)