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固定無(wú)線接入技術(shù)與發(fā)展

發(fā)布: 2010-10-20 14:13 | 作者: | 來(lái)源: | 字體: 小中大

北京郵電大學(xué) 望育梅

　　無(wú)線接入是指從交換節(jié)點(diǎn)到用戶終端間的部分或全部采用無(wú)線傳輸?shù)慕尤爰夹g(shù)。根據(jù)接入的終端移動(dòng)與否，無(wú)線接入可分為移動(dòng)無(wú)線接入和固定無(wú)線接入兩大類，本文主要討論固定無(wú)線接入。固定無(wú)線接入在近幾年的興起得益于世界電信市場(chǎng)管制的削弱或解除，這給新興的運(yùn)營(yíng)商加入電信市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)創(chuàng)造了環(huán)境。如在2001年3.5GHz頻段地面固定無(wú)線接入試驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)中，中標(biāo)的中電華通、廈門(mén)金橋、普天等6家企業(yè)中有5家都不是傳統(tǒng)電信運(yùn)營(yíng)商。推動(dòng)固定無(wú)線接入在中國(guó)快速發(fā)展的另一個(gè)重要因素是中國(guó)各電信運(yùn)營(yíng)商在業(yè)務(wù)發(fā)展的種類和區(qū)域分布上的不平衡，尤其是2001年底電信拆分后，急需打破固定有線網(wǎng)的自然壟斷性；而固定無(wú)線技術(shù)的特點(diǎn)決定了它是打破壟斷、進(jìn)行快速用戶滲透的一種重要手段。下面首先通過(guò)固定無(wú)線接入和移動(dòng)無(wú)線接入的比較來(lái)說(shuō)明固定無(wú)線接入技術(shù)的特點(diǎn)。

1．固定無(wú)線接入與移動(dòng)無(wú)線接入的比較

　　下面我們分別以LMDS(Local Multipoint Distribution System)和WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access）為例，比較固定和移動(dòng)無(wú)線接入的異同，以加深對(duì)固定無(wú)線接入的理解。

　　1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

　　固定無(wú)線接入下行（基站到用戶端）以點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)方式、上行（用戶端到基站）以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式支持固定用戶的接入，不支持漫游功能，LMDS的系統(tǒng)參考結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 LMDS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　LMDS系統(tǒng)通常由3部分組成：基站（也稱中心站）、用戶端設(shè)備(也稱遠(yuǎn)端站或服務(wù)站)和網(wǎng)管系統(tǒng)見(jiàn)圖1。LMDS系統(tǒng)通過(guò)基站的接口模塊連接到基礎(chǔ)骨干網(wǎng)�；A(chǔ)骨干網(wǎng)由光纖或微波傳輸網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，包括ATM交換或IP交換或IP+ATM的核心交換平臺(tái)，與Internet、PSTN等模塊互連。

　�。�1）基站（BS）

　　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)制解調(diào)模塊（IDU,室內(nèi)單元）和微波收發(fā)模塊（ODU，室外單元）�；舅采w的區(qū)域稱為基站服務(wù)區(qū)。基站可支持全向天線和扇區(qū)天線。微波收發(fā)模塊通常安裝在樓頂或塔頂。目前基站與基礎(chǔ)骨干網(wǎng)絡(luò)的常用接口是STM-1、E1等。

　�。�2）用戶端設(shè)備（SS）

　　用戶端設(shè)備包括室內(nèi)單元（IDU,含調(diào)制解調(diào)模塊和網(wǎng)絡(luò)接口模塊）和室外單元（ODU,含定向天線、微波收發(fā)設(shè)備），室外定向天線類似于用來(lái)接收衛(wèi)星直播信號(hào)的單波束拋物面微波反射器。用戶端設(shè)備的目前常用接口包括POTS、10Base-T、幀中繼、E1等，可支持多種應(yīng)用。

　�。�3）網(wǎng)管系統(tǒng)

　　網(wǎng)管系統(tǒng)完成告警、故障診斷、系統(tǒng)配置、系統(tǒng)性能分析和安全管理等功能。但目前各廠家網(wǎng)管標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，給運(yùn)行維護(hù)帶來(lái)問(wèn)題。

　　以WCDMA系統(tǒng)為例的移動(dòng)無(wú)線接入系統(tǒng)一般包括移動(dòng)站（MS）、基站（Node B）、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC）、移動(dòng)交換中心（MSC）等組成，如圖2所示。以WCDMA為代表的第三代移動(dòng)無(wú)線接入系統(tǒng)的基本概念已深入人心，在此不再詳細(xì)敘述。

圖2 典型的移動(dòng)寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)的配置

　　1.2 固定和移動(dòng)寬帶接入系統(tǒng)比較

　　以LMDS和WCDMA系統(tǒng)為例進(jìn)行的固定和移動(dòng)寬帶接入系統(tǒng)比較如表1所示。

表1 LMDS和WCDMA的比較

比較指標(biāo)	LMDS	WCDMA
頻段	高頻率（20~40GHz）	相對(duì)低頻率（2GHz）
雙工方式	TDM或FDM	FDM
調(diào)制技術(shù)	各種PSK和QAM調(diào)制	GMSK
帶寬分配	動(dòng)態(tài)分配	基本恒定
數(shù)據(jù)傳輸速率	高達(dá)155Mbit/s	最高2Mbit/s
終端的移動(dòng)性	無(wú)	較強(qiáng)的移動(dòng)性，存在位置管理、切換等移動(dòng)性管理問(wèn)題，從而系統(tǒng)復(fù)雜
適用對(duì)象	商業(yè)中心或小區(qū)等駐地網(wǎng)	個(gè)人用戶
傳播方式	絕對(duì)視距	非視距，存在多徑衰落
基站天線類型	大多數(shù)為扇區(qū)定向天線	大多數(shù)為扇區(qū)定向天線
終端天線類型	均為扇區(qū)定向天線	均采用全向天線
終端設(shè)備	設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，分室內(nèi)、室外部分	設(shè)備高度集成，體積小
交換設(shè)備	利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備	有單獨(dú)的移動(dòng)交換中心
接口類型	多種業(yè)務(wù)接口	單一公共接口
覆蓋范圍	局限于高業(yè)務(wù)量地區(qū)的熱點(diǎn)覆蓋	大范圍全覆蓋
業(yè)務(wù)類型	幾乎所有業(yè)務(wù)，如語(yǔ)音，中高速數(shù)據(jù)傳輸，圖像傳輸	部分業(yè)務(wù)，如壓縮語(yǔ)音，中低速數(shù)據(jù)
編碼	無(wú)線ATM信元	話音編碼

　　結(jié)合表1和圖1，固定和移動(dòng)無(wú)線接入系統(tǒng)的相似點(diǎn)在于：（1）三大塊結(jié)構(gòu)，即用戶端、基站子系統(tǒng)、包括操作維護(hù)等在內(nèi)網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)；（2）用戶接入都是通過(guò)空中無(wú)線接口方式。

　　其區(qū)別主要在于：（1）所使用的頻段和帶寬資源不同，從而信號(hào)傳播環(huán)境、系統(tǒng)覆蓋范圍、可支持的業(yè)務(wù)類型以及所使用的相關(guān)技術(shù)等差別很大；（2）固定無(wú)線接入的終端固定或準(zhǔn)固定，不需移動(dòng)性管理；移動(dòng)無(wú)線接入要求較強(qiáng)的移動(dòng)性，位置管理、切換管理等給系統(tǒng)帶來(lái)復(fù)雜性，所需設(shè)備更多；（3）固定無(wú)線接入不需新建交換中心，而是通過(guò)其豐富的網(wǎng)絡(luò)接口利用現(xiàn)有ATM、IP等交換中心；移動(dòng)無(wú)線接入一般都有獨(dú)立的移動(dòng)交換中心。

　　1.3 固定無(wú)線接入的主要優(yōu)勢(shì)

　　從以上對(duì)固定無(wú)線接入的介紹以及與移動(dòng)無(wú)線接入的比較中，我們總結(jié)出固定無(wú)線接入的主要優(yōu)勢(shì)有：

　�。�1）網(wǎng)絡(luò)可以快速部署。作為無(wú)線接入的一種方式，固定無(wú)線寬帶接入無(wú)需敷設(shè)線纜；而且與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)相比，固定無(wú)線接入的用戶沒(méi)有移動(dòng)、漫游等方面的要求，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃非常簡(jiǎn)單，也不存在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工程。因此從網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、工程實(shí)施到接入用戶，建設(shè)周期僅需數(shù)周時(shí)間，網(wǎng)絡(luò)部署快；

　�。�2）初期投資少，擴(kuò)容可以按需進(jìn)行。固定無(wú)線接入的用戶終端不移動(dòng)，不存在移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)存在的服務(wù)區(qū)覆蓋問(wèn)題，可以隨著用戶基數(shù)的增長(zhǎng)進(jìn)行擴(kuò)容和增大服務(wù)區(qū)，因此初期投資是由初始的用戶群大小而不是由整個(gè)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)來(lái)決定的，初期投資少。

　　（3）充分利用現(xiàn)有資源構(gòu)建綜合服務(wù)平臺(tái)。固定無(wú)線接入的網(wǎng)絡(luò)側(cè)和用戶側(cè)均可支持多種接口，無(wú)需構(gòu)建新的核心交換網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)資源重復(fù)利用，提供語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、傳真等幾乎所有業(yè)務(wù)。

2．固定無(wú)線接入的主要技術(shù)及其比較

　　從技術(shù)角度劃分，固定無(wú)線接入包括多點(diǎn)多信道分配系統(tǒng)（MMDS）、本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)（LMDS）、直播衛(wèi)星系統(tǒng)（DBS）和自由空間光系統(tǒng)（FSO）等。其中工作在20GHz以上的LMDS由于美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）的拍賣，以及其后多家運(yùn)營(yíng)商的相繼破產(chǎn)而受到更多的關(guān)注。MMDS主要集中在2 - 4GHz的頻段，而LMDS則多在20GHz以上的頻段，二者分別是11GHz頻段以下和以上固定無(wú)線接入技術(shù)的代表。

　　目前固定寬帶無(wú)線接入技術(shù)已成為通信界備受關(guān)注的熱點(diǎn)。尤其是MMDS的3.5GHz頻段地面固定無(wú)線接入在過(guò)去兩年分別在我國(guó)5個(gè)和32個(gè)城市內(nèi)兩次進(jìn)行招標(biāo)試點(diǎn)，而LMDS的26GHz頻段地面固定無(wú)線接入也于2002底獲準(zhǔn)在我國(guó)10多個(gè)城市進(jìn)行商用實(shí)驗(yàn)。這兩個(gè)頻率的發(fā)放將會(huì)形成相互促進(jìn)，相互補(bǔ)充的市場(chǎng)效果。

　　第一節(jié)我們已對(duì)LMDS作了大致介紹，下面僅對(duì)3.5GHz和LMDS這兩種技術(shù)作簡(jiǎn)要分析和比較，以加深對(duì)固體無(wú)線接入技術(shù)的理解，更好地促進(jìn)其應(yīng)用。

　　　　　　　　　　　表2 LMDS和3.5GHz系統(tǒng)的比較

參數(shù)	LMDS	3.5GHz
工作頻段	頻率高（20~40GHz的毫米波段）	頻率低（相對(duì)于LMDS）
雨衰（rain fading）	影響較大，是限制覆蓋范圍的重要因素	影響不大
視距傳輸要求	絕對(duì)視距傳輸（LOS）	準(zhǔn)視距傳輸，障礙物的阻擋對(duì)其傳輸有一定影響
覆蓋半徑	2~5公里	典型值為10公里，最大可達(dá)到20多公里
多址方式	FDMA、TDMA	FDMA、TDMA、CDMA
技術(shù)難度和成本	高	低
系統(tǒng)容量	高	低
業(yè)務(wù)	話音，中高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)	話音，中低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)
應(yīng)用對(duì)象	寬帶業(yè)務(wù)需求高、用戶密集的熱點(diǎn)覆蓋（主要是小型商業(yè)應(yīng)用）；	寬范圍，有中低帶寬需求的用戶（主要是用戶駐地網(wǎng)）
組網(wǎng)方式	基于無(wú)線ATM技術(shù)，直接與ATM骨干網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫融合	基于電路方式、IP方式或ATM方式

　　在固定無(wú)線接入頻段中頻率已算很低的3.5GHz系統(tǒng)，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成、網(wǎng)絡(luò)接口支持、天線結(jié)構(gòu)等各方面都與20GHz以上的LMDS系統(tǒng)極為相似。由表2可知，只是由于工作頻段和可用帶寬的不同，引起二者在無(wú)線傳播要求、覆蓋范圍、調(diào)制方式、技術(shù)難度等方面的具體技術(shù)選擇不同，從而導(dǎo)致系統(tǒng)容量、業(yè)務(wù)范圍和所應(yīng)用的對(duì)象等各方面有所不同。

　　另外值得注意的是，3.5GHz系統(tǒng)所處頻段較低，受雨衰、障礙物等的影響較小，信號(hào)強(qiáng)度隨距離的衰減較慢，因此基站覆蓋半徑明顯比LMDS系統(tǒng)大，可進(jìn)行準(zhǔn)視距傳輸。然而正因?yàn)檫@樣，3.5GHz系統(tǒng)的信號(hào)傳輸受多徑衰落的影響較大，符號(hào)間干擾（ISI）較嚴(yán)重，需要進(jìn)行補(bǔ)償，一般通過(guò)增加自適應(yīng)均衡器或采用OFDM調(diào)制技術(shù)來(lái)對(duì)抗多徑問(wèn)題。而LMDS多徑衰落不明顯，且工作頻段較高，一般不采用對(duì)載波的相移和同步誤差敏感的OFDM技術(shù)。同樣，CDMA技術(shù)在較低頻率的3.5GHz系統(tǒng)中得到應(yīng)用，而CDMA對(duì)20GHz以上的系統(tǒng)（LMDS）還只是一個(gè)備選方案，有待進(jìn)一步研究改進(jìn)。

3．固定無(wú)線接入存在的主要問(wèn)題

　　在技術(shù)上，固定無(wú)線接入已經(jīng)比較成熟并已在很多國(guó)家得到商用或商用試驗(yàn)，但其應(yīng)用仍受到一些限制，如視距傳輸、無(wú)線信道的空間損耗、多徑干擾和時(shí)延擴(kuò)展等。另外需要進(jìn)行物理層技術(shù)的進(jìn)一步改造，如：（1）如何根據(jù)需要合理選用基站扇區(qū)數(shù)和蜂窩覆蓋模式，以提高頻率復(fù)用系數(shù)并降低蜂窩間干擾，增加系統(tǒng)容量，提高頻率資源利用率；（2）研究如何利用自適應(yīng)調(diào)制和編碼，以及自適應(yīng)天線、CDMA等在微波和毫米波頻段還不很成熟的技術(shù)來(lái)提高系統(tǒng)容量等。

　　在固定無(wú)線接入技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中尚存在以下問(wèn)題：（1）由于固定無(wú)線接入系統(tǒng)不支持漫游，目前在國(guó)際上沒(méi)有統(tǒng)一的空中接口標(biāo)準(zhǔn)，目前不同制造商設(shè)備之間不兼容，各種設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)也各不相同，給運(yùn)營(yíng)商的管理和升級(jí)帶來(lái)困難。

　�。�2）固定無(wú)線接入網(wǎng)是連接用戶駐地網(wǎng)（CPN）和核心網(wǎng)（CN）的網(wǎng)絡(luò)，不再是一種只承載信息流的傳輸系統(tǒng)，而應(yīng)滿足多種業(yè)務(wù)(話音、數(shù)據(jù)、多媒體),多種網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議的要求，應(yīng)成為一個(gè)全業(yè)務(wù)接入的解決方案，提高競(jìng)爭(zhēng)力。

　　（3）目前對(duì)MMDS的頻率規(guī)劃，正式確定的只有3.5GHz系統(tǒng)的2×30MHz帶寬，要實(shí)現(xiàn)固定無(wú)線接入網(wǎng)的全業(yè)務(wù)解決方案，加快研究確定無(wú)線接入的頻率規(guī)劃，是當(dāng)前工作的重中之重。

　�。�4）目前固定無(wú)線接入運(yùn)營(yíng)規(guī)模太小，不能取得規(guī)模效益。

　�。�5）還沒(méi)有找到一個(gè)完善、有效的運(yùn)營(yíng)模式。無(wú)線接入的產(chǎn)業(yè)鏈還沒(méi)有成形，只有運(yùn)營(yíng)商的努力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

　�。�6）為不同服務(wù)區(qū)設(shè)計(jì)合適的業(yè)務(wù)模式，進(jìn)行技術(shù)選型。如根據(jù)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的不同側(cè)重；另外如用戶駐地網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)一般呈現(xiàn)明顯的不對(duì)稱性，而商業(yè)應(yīng)用中上下行業(yè)務(wù)較為對(duì)稱，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選用合適的物理層（如TDD/FDD）和DLC層技術(shù)等。

4．結(jié)語(yǔ)

　　實(shí)踐證明,在眾多解決方案中,以LMDS、3.5GHz系統(tǒng)為代表的固定無(wú)線接入在初期投資量、部署速度、資源重復(fù)利用等方面與其它技術(shù)相比有著較大優(yōu)勢(shì)，但不能過(guò)分夸大其作為綜合業(yè)務(wù)提供平臺(tái)的能力。隨著目前固定電話和移動(dòng)電話資費(fèi)的不斷逼近，移動(dòng)電話在整個(gè)電信市場(chǎng)中的份額不斷攀升；而ADSL等其他已有有線接入業(yè)務(wù)也正全面展開(kāi)，這些都給剛剛興起的固定無(wú)線接入技術(shù)的推廣帶來(lái)難度。因此應(yīng)對(duì)固定無(wú)線接入進(jìn)行正確的市場(chǎng)定位，結(jié)合國(guó)際上推廣固定無(wú)線接入的成功經(jīng)驗(yàn)，將固定無(wú)線接入可作為有線網(wǎng)的補(bǔ)充，有針對(duì)性地以各種靈活的方式進(jìn)行業(yè)務(wù)推廣。

----《中國(guó)通信》