淺析LMDS多點分配接入技術(shù)（二）

周志敏


　　編者按：上一篇文章《淺析LMDS多點分配接入技術(shù)(一) 》我們介紹了LMDS技術(shù)的含義、LMDS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、典型LMDS系統(tǒng)構(gòu)成本文將重點介紹LMDS技術(shù)應(yīng)用尚待解決的問題以及LMDS工程設(shè)計應(yīng)考慮的因素。



4.LMDS技術(shù)應(yīng)用尚待解決的問題



4.1制定頻率規(guī)劃



　　LMDS技術(shù)在中國正處于試驗階段，無線電管理機(jī)構(gòu)（信息產(chǎn)業(yè)部無線電管理局）尚未正式分配LMDS工作頻段。除了參考試驗結(jié)果外，頻率規(guī)劃的制定必須兼顧國內(nèi)外相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和今后新興的業(yè)務(wù)需求。因此，我們需要一種符合國際規(guī)范和中國國情的頻率規(guī)劃規(guī)范。



4.2無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃可行性



　　LMDS的信號傳播特性，使得網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時必須保證基站與終端天線之間的視通（Line-Of-Sight），并能經(jīng)得起天氣變化的考驗。因此實際工程實施中的站址選取、電平儲備（特別是雨衰）、覆蓋效果及系統(tǒng)可靠性就需嚴(yán)格的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及鏈路預(yù)算來確保可行。



　　目前，眾多LMDS設(shè)備供應(yīng)商正積極開拓中國市場，各自都有一套解決方案。如何全面、客觀、嚴(yán)格地評估網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案，是一個切實的問題�？v觀國內(nèi)LMDS市場，還沒有權(quán)威的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃機(jī)構(gòu)，也缺少專業(yè)的分析手段，迫切需要一種成熟而可靠的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃規(guī)范。



4.3載波帶寬


　　根據(jù)YD/T 1186-2002《接入網(wǎng)技術(shù)要求-26GHz LMDS本地多點分配系統(tǒng)》的規(guī)定，LMDS系統(tǒng)的載波帶寬可以選擇3.5MHz、7MHz、14MHz和28MHz，選擇哪種載波帶寬主要是根據(jù)業(yè)務(wù)需要而定，不同的載波帶寬除了可支持業(yè)務(wù)的能力不同外，還會影響到傳輸性能上的差異及制造成本上的不同，應(yīng)根據(jù)實際需要從多個方面進(jìn)行權(quán)衡。以14MHz和28MHz兩種載波帶寬進(jìn)行比較時，如果兩個產(chǎn)品均在QPSK調(diào)制方式下比較，14MHz可支持16Mbps傳輸凈速率，而28MHz可支持32Mbps傳輸凈速率，若在16QAM方式下比較，則14MHz可支持36Mbps傳輸凈速率，28MHz可支持52Mbps傳輸速率，當(dāng)單個遠(yuǎn)端站接口需要的業(yè)務(wù)速率高于40Mbps時，當(dāng)然采用28MHz/16QAM方式的產(chǎn)品是合適的，但值得注意的是，如果載波帶寬采用28MHz，但只能工作在QPSK方式下，那么14MHz/16QAM與28MHz/QPSK兩者在業(yè)務(wù)速率上是相同的，在14MHz/16QAM和28MHz/QPSK兩種方式上權(quán)衡可以考慮的因素大致如下：



　　單載波28MHz帶寬與頻譜規(guī)劃的關(guān)系；在LMDS系統(tǒng)商用試驗期間，運營商可獲得的頻率資源約2×56MHz，在2×56MHz可用帶寬條件下，基站扇區(qū)之間及小區(qū)之間的頻譜規(guī)劃可以有兩種方式：



　�、佥d波帶寬14MHz的頻譜規(guī)劃；將56MHz帶寬分為4個載頻F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，將4個載頻分為2個載頻組，即F1F3或F2F4，相鄰扇區(qū)采用不同載頻組。在一個基站內(nèi)載頻組可以復(fù)用。



　�、谳d波帶寬28MHz的頻譜規(guī)劃；56MHz帶寬只能支持2個載頻工作，相鄰扇區(qū)采用不同載頻，在一個基站內(nèi)載頻可以復(fù)用。



　　在頻譜規(guī)劃方面，到底采用14MHz載波好些，還是采用28MHz載波好些，一個直觀的評估是，28MHz載波帶寬其接收機(jī)濾波器的噪聲帶寬必然比14MHz載波帶寬其接收機(jī)濾波器的噪聲帶寬要大一倍，無論在抗同頻干擾，還是抗鄰頻干擾的能力上必然也要差，根據(jù)國外一些知名公司的研究報告分析，在LMDS系統(tǒng)的頻譜規(guī)劃中，為了解決同城域不同運營商之間的鄰頻干擾問題，建議兩個運營商在相鄰載頻上，各自留出14MHz的保護(hù)帶以支持28MHz載頻帶寬的業(yè)務(wù)應(yīng)用，這就充分說明了應(yīng)用28MHz載頻帶寬對頻譜規(guī)劃所帶來的影響。



　　當(dāng)然，在保證門限電率惡化1dB的條件下，同頻信干比與鄰頻信干比的指標(biāo)是與制造商的發(fā)射頻譜及接收濾波器指標(biāo)密切相關(guān)的，針對每個制造商的LMDS產(chǎn)品實際測試指標(biāo)去進(jìn)行頻譜規(guī)劃設(shè)計才是可靠的。



5.LMDS工程設(shè)計應(yīng)考慮的因素



　　在進(jìn)行LMDS系統(tǒng)工程設(shè)計時，應(yīng)多方面考慮，設(shè)計工作的基本思想在于如何自適應(yīng)地為用戶提供最高的頻帶利用率，可靠的通信質(zhì)量，提供更多的業(yè)務(wù)，降低建設(shè)成本，提高企業(yè)效益



　　LMDS系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)考慮的主要工程因素有：通信距離、頻率重用與扇區(qū)細(xì)化、雨衰影響、多址訪問方式等。



5.1業(yè)務(wù)支持與帶寬分配



　　從用戶業(yè)務(wù)的角度，LMDS系統(tǒng)必須支持ATM和TDM等業(yè)務(wù)的接入，能夠支持話音、數(shù)據(jù)等各種業(yè)務(wù)；能夠提供復(fù)雜的系統(tǒng)處理，以充分利用現(xiàn)有的帶寬。LMDS帶寬的分配基于QoS參數(shù)（CBR、VBR等），在下行鏈路上，每個帶寬分配基于ATM－ QoS優(yōu)先級；在上行鏈路上，遠(yuǎn)端監(jiān)視站監(jiān)視業(yè)務(wù)的排隊情況，根據(jù)需求申請帶寬，主站對申請進(jìn)行排隊處理，通過高速MAC空中接口規(guī)范對帶寬進(jìn)行分配。在QPSK、16QAM、64QAM三種調(diào)制模式中，混合調(diào)制是一種可以充分利用帶寬、優(yōu)化覆蓋和容量、降低系統(tǒng)初期投資的調(diào)制方式。在工程設(shè)計時，必須考慮提供高階的調(diào)制、動態(tài)的調(diào)制匹配和帶寬管理；提供特別的調(diào)制解調(diào)器、動態(tài)輸出功率控制和性能卓越的天線。選擇合適的調(diào)制解調(diào)器，能夠減小頻譜的旁瓣，實現(xiàn)扇區(qū)的鄰頻道復(fù)用；動態(tài)輸出功率控制要求選用能保持所需鏈路的最佳發(fā)射電平，從而減小載干比，有利于頻率復(fù)用；天線卓越的旁瓣和背瓣特性，也可以起到頻率復(fù)用作用。



5.2通信距離



　　LMDS系統(tǒng)通信距離的大小，受諸多因素影響。例如雨衰、可用度（系統(tǒng)一年中連續(xù)工作比例）、誤碼率、扇區(qū)角度、系統(tǒng)的工作頻率、信號調(diào)制方式等。



5.2.1衰落



　�、僮钃跛ヂ�；阻擋衰落是指由于電波傳播路徑不滿足余隙標(biāo)準(zhǔn)而帶來的附加衰減，在LMDS系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境下，造成余隙不夠的主要因素是建筑物阻擋，例如：在26GHz頻段，2kM路徑按0.6F1（F1：第一菲涅爾區(qū)半徑）設(shè)計，在路徑中點的余隙應(yīng)大于或等于2.4米，這個余隙標(biāo)準(zhǔn)不僅針對從建筑物頂部電波穿越時要得到保證，而且包括從建筑物邊緣（樓間）穿越時也應(yīng)有足夠的余隙。



　　當(dāng)余隙小于0.6F1時將出現(xiàn)阻擋衰減，衰減的大小取決于余隙的尺寸和阻擋物的物理形狀，阻擋衰減勢必使衰落儲備降低，雖然在LMDS系統(tǒng)應(yīng)用中由于空中傳輸距離較小，平衰落引起的中斷問題可以不予考慮，但衰落儲備的降低必定使降雨帶來的不可用性指標(biāo)惡化，在LMDS系統(tǒng)傳輸設(shè)計和工程實施中應(yīng)引起足夠重視。



　�、诙鄰剿ヂ�；由于工作在26GHz的LMDS系統(tǒng)大多是在城市環(huán)境中應(yīng)用，傳輸距離短，建筑物對26GHz頻率的信號反射衰減較大（約20dB以上），因此，多徑引起的衰落現(xiàn)象對不可用性指標(biāo)帶來的影響很小，可以不予考慮。



　�、劢涤晁�減；由于LMDS系統(tǒng)工作在26GHz頻段，其波長與雨滴尺寸相近，因此，由于降雨對電波引起的吸引和散射將使信號經(jīng)受衰減，這種衰減呈現(xiàn)非選擇性能和緩慢的時變特性，是導(dǎo)致信號劣化，影響系統(tǒng)可用性的主要因素，國際電信聯(lián)盟對降雨的影響已進(jìn)行了深入研究，在ITU-R P.837建議中，將地球分為15個降雨氣候區(qū)，分別以大寫字母A到Q來表示，每一降雨區(qū)是以與它相關(guān)的降雨強(qiáng)度統(tǒng)計來表證，并給出了對應(yīng)不同降雨強(qiáng)度所發(fā)生的時間概率。遵照ITU-R P.838建議，可以針對工作頻率、極化和降雨率計算比衰減（dB／Km）和有效路徑長度（這是考慮到在整個傳輸段長度上降雨強(qiáng)度不是均勻分布的緣故），進(jìn)而可以針對衰落儲備值Ft計算出在一定傳輸距離下，降雨衰減超出Ft的時間百分?jǐn)?shù)P，或反之，根據(jù)雨衰特性及Ft求出在保證P值一定的情況下可用的通信距離是多少。必要時，還可以根據(jù)在ITU-R P.841建議，從長期百分?jǐn)?shù)P變換到最壞月份百分?jǐn)?shù)Pu。在考慮LMDS因雨衰引起的不可用性指標(biāo)時，時間百分?jǐn)?shù)P即為不可用性指標(biāo)。



　　雨衰影響是LMDS系統(tǒng)設(shè)計必須予以考慮的重要因素。這是因為微米波的波長與雨點的直徑在同一數(shù)量級，因此抗雨衰性能差。



5.2.2可用度和誤碼率；LMDS系統(tǒng)的可用度和誤碼率指標(biāo)由運營商根據(jù)實際需要決定�？捎枚扰c誤碼率成反比，誤碼率越低則可用度越高。一般講，LMDS系統(tǒng)可調(diào)扇區(qū)角度為15°～90°，每個扇區(qū)支持帶寬為200Mbit/s，每個用戶最大可用帶寬為40Mbit/s，因此當(dāng)基站采用15°扇區(qū)、360°扇區(qū)覆蓋時，一共24個扇區(qū)可支持的總帶寬為4.8GHz。扇區(qū)角度大小的選擇根據(jù)所需覆蓋的區(qū)域大小決定。



設(shè)備對系統(tǒng)不可用性的影響：



　　設(shè)備的可靠性通常用“平均故障間隔時間”MTBF來表征，在評估設(shè)備對系統(tǒng)不可用性影響時，還需考慮維護(hù)組織的有效性及設(shè)備的可維護(hù)性水平，他們決定了當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時所需的平均修復(fù)時間（用MTTR表征）的長短，以大唐無線通信公司的R3000 LMDS系統(tǒng)為例，說明由于設(shè)備特性所引入的不可用性指標(biāo)如下：



MTBF=20萬小時；



MTTR=2小時（因LMDS系統(tǒng)應(yīng)用于城市環(huán)境，交通方便，基站各部件可熱插拔，CPE按模塊化設(shè)計，網(wǎng)管系統(tǒng)完善）則；



設(shè)備的不可用性=[100-（MTBF×100/MTBF+MTTR）]×100%=0.1% ；



　　在R3000 LMDS系統(tǒng)中，基站是有冗余設(shè)計的（主控板、ATM復(fù)用板、電源系統(tǒng)、調(diào)制單元、上下變頻單元及ODU均可按1+1或N+1冗余配置）。但在所有點對多點的LMDS系統(tǒng)產(chǎn)品中，這些冗余設(shè)計均是有損傷切換的，對可用性的改善度主要體現(xiàn)在MTTR中，冗余對外部饋電系統(tǒng)故障及雨衰中斷不起任何作用。



　　5.2.3頻率重用與扇區(qū)細(xì)化；LMDS系統(tǒng)的頻率重用，可以采用加隔離帶或交叉極化隔離的辦法。采用加隔離帶會引起保護(hù)隔離帶資源的浪費，所以一般采用交叉極化隔離的辦法。在交叉極化隔離中，要求天線前后隔離度大于40dB，交叉極化隔離度大于30dB。扇區(qū)細(xì)化一般是出于擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)容量考慮，P-COM公司提供的扇區(qū)等級有15°、22.5°、30°、45°、60°、90°幾種。



　　5.2.4多址訪問；多址訪問LMDS系統(tǒng)采用的多址訪問技術(shù)主要有TDMA和FDMA兩種機(jī)制，TDMA通過統(tǒng)計復(fù)用的方式動態(tài)分配帶寬的性能，特別適合于突發(fā)性很強(qiáng)的IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，但TDMA經(jīng)過多層打包，開銷較大。因此，在工程設(shè)計中，要根據(jù)實際業(yè)務(wù)需要，將TDMA和FDMA兩種機(jī)制結(jié)合起來靈活選用。



　　5.2.5關(guān)于調(diào)制方式；多數(shù)LMDS系統(tǒng)產(chǎn)品采用QPSK（或4QAM）和16QAM自適應(yīng)調(diào)制方式，部分產(chǎn)品僅使用QPSK（或4QAM）一種調(diào)整方式，大唐無線通信公司的R3000 LMDS系統(tǒng)采用了QPSK和16QAM自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)及RS前向糾錯，接收機(jī)門限在BER=10-9時分別是－77dBm／16QAM和-83.3dBm／QPSK，兩種調(diào)制方式在系統(tǒng)參數(shù)相同的情況下，衰落儲備差6.3dB，有人認(rèn)為從抗雨衰能力的角度出發(fā)，16QAM技術(shù)并不可取，這種看法是片面的，因為，對一個特定的降雨區(qū)要求可用性指標(biāo)達(dá)到99.99%時，最大通信距離必然是按QPSK調(diào)制方式下估算的，如果同樣在這個距離上使用16QAM調(diào)制方式時，可用性指標(biāo)將劣化到95%，這就意味著LMDS系統(tǒng)可以在95%的時間內(nèi)可以工作在16QAM方式下，也就是在95%的時間內(nèi)在14MHz帶寬上可傳輸16Mbps速率信號，僅在5%的時間段因降雨調(diào)整到QPSK方式下工作，此時，在14MHz帶寬上僅可傳輸16Mbps速率信號，相比之下，單純采用QPSK（或4QAM）調(diào)制方式的系統(tǒng)，在同樣距離上99.99％的時間，在14MHz帶寬上，都只能傳輸16Mbps速率信號，兩者的優(yōu)劣自然是十分清楚的。當(dāng)然上面在16QAM方式下的可用性數(shù)據(jù)僅是一個設(shè)計期望值，實際情況會因不同氣候區(qū)而異，大唐無線通信公司的R3000LMDS系統(tǒng)16QAM與QPSK自適應(yīng)轉(zhuǎn)換的判決區(qū)間是SNR=（16～25）dB。 在考慮到16QAM與QPSK兩種調(diào)制方式下，傳輸速率相差一倍的因素時，凡具有這種性能的LMDS系統(tǒng)對用戶業(yè)務(wù)的QoS保證應(yīng)有相應(yīng)的策略。有的LMDS系統(tǒng)設(shè)計時， 規(guī)定了一個載波允許IP業(yè)務(wù)應(yīng)用的帶寬上限，其他帶寬用于最高優(yōu)先級的專線業(yè)務(wù)，有的LMDS系統(tǒng)設(shè)有安排IP業(yè)務(wù)的帶寬上限，在這種情況下，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時需要小心，即當(dāng)以專線業(yè)務(wù)為主的應(yīng)用時，其可用帶寬應(yīng)以QPSK方式下的傳輸速率為依據(jù)，或當(dāng)即有專線業(yè)務(wù)，又有IP業(yè)務(wù)時，可以在一個載波上，按QPSK條件下安排一定的專線業(yè)務(wù)帶寬，在16QAM條件下，按COS等級為不同用戶的IP業(yè)務(wù)分配帶寬，如果專線業(yè)務(wù)帶寬不足，或承諾帶寬業(yè)務(wù)較多時，可通過增加扇區(qū)載波數(shù)量的方法予以解決。當(dāng)然，在不同降雨區(qū)，業(yè)務(wù)帶寬分配策略可以靈活運用�！疚赐甏�續(xù)】



摘自　賽迪網(wǎng)