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揚(yáng)州大學(xué) 信息工程學(xué)院
摘 要：介紹寬帶固定無線接入技術(shù)LMDS的體系結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)。
關(guān)鍵詞：本地多點(diǎn)分布業(yè)務(wù)系統(tǒng)；寬帶綜合業(yè)務(wù)；無線接入；網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)
近年來，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)特別是Internet在全球范圍內(nèi)已經(jīng)取得了巨大成功，而且無論在用戶數(shù)量還是在業(yè)務(wù)量的增長方面，都始終保持著高速增長的勢頭，人們對寬帶接入服務(wù)的需求也就越來越大。但從用戶的接入手段來看，傳統(tǒng)的窄帶電路接入，如PSTN（Public Switched Telephone Network，公共電話交換網(wǎng)）旁路接入方式，仍然占據(jù)著主要地位，接入帶寬成為制約高速上網(wǎng)和寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展的主要瓶頸。為了滿足用戶對接入帶寬的迫切要求，業(yè)界開發(fā)了各種各樣的寬帶接入技術(shù)，如xDSL（數(shù)字用戶環(huán)路）技術(shù)、HFC（混合光纖同軸）Cable MODEM（線纜調(diào)制解調(diào)器）技術(shù)、光纖接入技術(shù)和寬帶無線接入技術(shù)等。比較而言，以LMDS（Local Multipoint Distribution Service，本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)）技術(shù)為代表的寬帶無線接入技術(shù)在初期投資小、組網(wǎng)靈活、建設(shè)速度快、業(yè)務(wù)提供速度快和資源重復(fù)利用率高等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢及廣泛的市場前景，越來越受到業(yè)界的重視。
1LMDS的體系結(jié)構(gòu)
本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)系統(tǒng)作為一種無線固定接入組網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)的點(diǎn)到點(diǎn)微波技術(shù)不同，他能夠以蜂窩網(wǎng)絡(luò)的形式向特定區(qū)域提供業(yè)務(wù)。LMDS可以看作是用戶與骨干網(wǎng)絡(luò)之間的連接網(wǎng)絡(luò)，采用LMDS的小區(qū)結(jié)構(gòu)可以覆蓋整個(gè)城域范圍。當(dāng)由多個(gè)中心站提供區(qū)域覆蓋時(shí)，需要進(jìn)行頻率復(fù)用、無線鏈路計(jì)算、覆蓋與干擾的仿真與優(yōu)化等工作。
一個(gè)典型的LMDS應(yīng)用運(yùn)營系統(tǒng)通常由4部分組成：基礎(chǔ)骨干網(wǎng)、中心站、終端站以及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營中心。骨干網(wǎng)絡(luò)是指網(wǎng)絡(luò)的核心層，他不僅提供了一個(gè)多業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，同時(shí)也是各個(gè)中心站之間相互連接的物理通道。核心層網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可由ATM（異步轉(zhuǎn)移模式）、IP（因特網(wǎng)協(xié)議）、ATM+IP、SONET（同步光網(wǎng)絡(luò)）/SDH（同步數(shù)字傳輸體系）/WDM（波分復(fù)用）等技術(shù)構(gòu)成，負(fù)責(zé)與現(xiàn)有各網(wǎng)絡(luò)之間互聯(lián)互通，如PSTN（公共電話交換網(wǎng)），F(xiàn)R（幀中繼），CATV（公共天線電視）網(wǎng)等，從而使LMDS網(wǎng)絡(luò)能夠提供幾乎所有現(xiàn)存網(wǎng)絡(luò)可能提供的業(yè)務(wù)。
LMDS系統(tǒng)本身主要由3部分組成：中心站（基站）系統(tǒng)、終端站（遠(yuǎn)端站）系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（NMS，Network Management System），如圖1所示。
終端站（TS）設(shè)備放在最靠近用戶的一側(cè)，負(fù)責(zé)將用戶通過無線方式連接至中心站并與骨干網(wǎng)絡(luò)相連。他可以提供多種業(yè)務(wù)接口，通常有E1，POTS，10/100BaseT，F(xiàn)R，ATM，ISDN，N×64 kb/s等，可以支持多種應(yīng)用。終端站設(shè)備通過TDM與FDM廣播方式在中心站到終端站的下行鏈路上接收由中心站傳來的數(shù)據(jù)信息；在終端站到中心站的上行鏈路上利用TDMA和FDMA方式共享整個(gè)扇區(qū)帶寬所發(fā)送的用戶信息。
中心站（CS）設(shè)備通過多扇區(qū)覆蓋的方式向所需地區(qū)提供業(yè)務(wù)服務(wù)。中心站設(shè)備在邏輯上分為中心控制站（CCS）和中心射頻站（CRS）兩部分。中心控制站包括調(diào)制解調(diào)設(shè)備、MAC卡及網(wǎng)絡(luò)—網(wǎng)絡(luò)接口板等。MAC卡主要用來發(fā)送、接收終端站的相關(guān)業(yè)務(wù)請求。中心控制站提供與中頻電纜相連的接口，并通過中頻電纜連接中心射頻站。中心射頻站可以采用全向天線進(jìn)行覆蓋，也可以采用扇區(qū)天線進(jìn)行扇區(qū)化覆蓋，增加系統(tǒng)的容量。
中心站設(shè)備主要提供LMDS系統(tǒng)至核心網(wǎng)絡(luò)的接口，完成信號在核心網(wǎng)絡(luò)與無線傳輸之間的轉(zhuǎn)換，并負(fù)責(zé)無線資源的管理。中心站將數(shù)據(jù)送入骨干網(wǎng)絡(luò)，完成所需的話音交換、ATM交換和IP交換等處理。
網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（NMS）的實(shí)現(xiàn)多基于傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（TCP/IP）的簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）。網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)又稱網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營系統(tǒng)（NOS），主要負(fù)責(zé)管理多個(gè)區(qū)域內(nèi)的用戶網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)完成系統(tǒng)配置、性能分析、安全管理等功能，多個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營系統(tǒng)可通過通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)。
LMDS系統(tǒng)使用基于ATM信元復(fù)用的連續(xù)載波，從中心站到終端站的下行方向是通過空中接口傳送數(shù)據(jù)。中心站每個(gè)扇區(qū)使用一個(gè)或多個(gè)下行載波發(fā)送這些ATM信元到終端站，這些載波用不同的頻率發(fā)射，以避免相互之間的干擾。
LMDS 的設(shè)備類型根據(jù)其組網(wǎng)特點(diǎn)可以分為2大類：連續(xù)點(diǎn)結(jié)構(gòu)和點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)。
連續(xù)點(diǎn)結(jié)構(gòu)是基于SONET/SDH技術(shù)，可以包括業(yè)務(wù)供應(yīng)商的業(yè)務(wù)呈現(xiàn)點(diǎn)POP（Point of Presence）和多個(gè)客戶站點(diǎn)，他們之間用高性能的無線收發(fā)單元IFU（Invisible Fiber Unit）組成環(huán)狀。這種結(jié)構(gòu)可為POP端和客戶端建立起寬帶的、高可靠度的連接。與SONET/SDH相同，每個(gè)連續(xù)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)都有自愈功能，并且網(wǎng)絡(luò)可維持99999%的高可度，誤碼率僅為1×10-12。在環(huán)上可傳送155 Mb/s的SONET/SDH或100 Mb/s的快速以太網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，為用戶提供寬帶Internet接入、增值業(yè)務(wù)（WEB hosting， colocation，ecommerce）、會(huì)議電視、遠(yuǎn)程教學(xué)、VoIP、專線服務(wù)（低速數(shù)據(jù)，N×64 kb/s，T1/E1，T3/E3）以及傳統(tǒng)的電話服務(wù)等。
點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)主要是由覆蓋一定角度和半徑區(qū)域的多用戶共享的中心站設(shè)備、連接用戶的終端站設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備組成。通過蜂窩式的小區(qū)結(jié)構(gòu)，LMDS設(shè)備可覆蓋整個(gè)城區(qū)范圍。其中每個(gè)LMDS中心站覆蓋一個(gè)蜂窩小區(qū)，在每個(gè)蜂窩小區(qū)內(nèi)可劃分多個(gè)扇區(qū)，為覆蓋區(qū)域內(nèi)的固定用戶提供點(diǎn)對多點(diǎn)的無線鏈路通信服務(wù)。
2LMDS的關(guān)鍵技術(shù)
2.1調(diào)制解調(diào)技術(shù)
LMDS采用的調(diào)制解調(diào)方式主要有：四進(jìn)制調(diào)制解調(diào)技術(shù)（QPSK，4QAM）、十六進(jìn)制調(diào)制解調(diào)技術(shù)（16QAM）、六十四進(jìn)制調(diào)制解調(diào)技術(shù)（64QAM）三種。采用四進(jìn)制調(diào)制解調(diào)技術(shù)（QPSK，4QAM）時(shí)，其頻帶資源利用率為1~1.3，采用16進(jìn)制（16QAM）時(shí)，為2~2.6，采用六十四進(jìn)制（64QAM）時(shí)，為3~3.9。
2.2通信方式
中心站到終端站的下行鏈路采用點(diǎn)到多點(diǎn)的方式，這也是“多點(diǎn)分配”的含義，主要采用TDM或FDM復(fù)用方式將信號向相應(yīng)的扇區(qū)進(jìn)行廣播，每個(gè)用戶終端在特定的頻段內(nèi)接收屬于自己的信號信息。
終端站到中心站之間的上行鏈路采用點(diǎn)到點(diǎn)的方式，可用FDMA方式也可用TDMA方式。LMDS系統(tǒng)采用的TDMA和FDMA多址方式既可以單獨(dú)使用，也可以混合應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)中。
LMDS系統(tǒng)的復(fù)用/多址方式主要有TDMA/TDMA和FDM/FDMA兩種。這兩種組合方式所具有的特點(diǎn)決定了TDM/TDMA方式更適合為突發(fā)性的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供服務(wù)，而FDM/FDMA方式則適合于具有相對固定業(yè)務(wù)量的租用線業(yè)務(wù)。
2.3頻段分配
點(diǎn)對多點(diǎn)系統(tǒng)能夠通過中心站對其轄區(qū)內(nèi)的多個(gè)用戶終端提供服務(wù)。在中心站覆蓋的特定區(qū)域內(nèi)，建有多條RF通道來滿足用戶的需求。一個(gè)中心站的工作頻率有多個(gè)，而一個(gè)用戶終端只可能使用2個(gè)頻率通道，一個(gè)用來發(fā)送信號，另一個(gè)用來接收信號。
2.4動(dòng)態(tài)帶寬分配
LMDS系統(tǒng)在TDM模式下時(shí)，帶寬的動(dòng)態(tài)分配在通信鏈路上的上下行方向上可同時(shí)進(jìn)行，即此時(shí)的動(dòng)態(tài)分配是基于上下行信道雙方向的總帶寬之和來實(shí)現(xiàn)的，從而能更好地滿足用戶的需求。
LMDS系統(tǒng)以FDM方式工作時(shí)，他僅在采用TDMA多址方式時(shí)才能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)帶寬分配。此時(shí)，通信鏈路上行或下行單一方向上的總帶寬將根據(jù)用戶的需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)帶寬分配。通過實(shí)時(shí)地向提出需求的終端用戶分配所需的帶寬，LMDS系統(tǒng)形成了統(tǒng)計(jì)帶寬增益，可以最大限度地利用空中的頻譜資源。目前，大部分寬帶無線電接入系統(tǒng)均采用FDM的雙工模式。
2.5無線ATM
無線ATM與標(biāo)準(zhǔn)ATM相比，增加了信元序列號，用來判斷信元的連續(xù)性和重復(fù)性。無線ATM信元還在信元結(jié)尾處加入了循環(huán)糾錯(cuò)碼（CRC），用于無線鏈路的糾錯(cuò)和校驗(yàn)。在無線ATM中，由于信道條件相對惡劣，因此需要極好的錯(cuò)誤控制機(jī)制，通過綜合運(yùn)用前向糾錯(cuò)編碼（FEC）和自動(dòng)反復(fù)重發(fā)（ARQ）功能，可以有效地改善信元丟失率。無線ATM信元中這2個(gè)新增的數(shù)值域只在無線鏈路中發(fā)揮作用，在進(jìn)入有線鏈路的ATM層前，將會(huì)自動(dòng)去掉。
3結(jié)語
LMDS可提供極高的通信帶寬；蜂窩式的結(jié)構(gòu)配置可覆蓋整個(gè)城域范圍；可提供多業(yè)務(wù)；提供模擬和數(shù)字視頻業(yè)務(wù)，如遠(yuǎn)程醫(yī)療、高速會(huì)議電視、遠(yuǎn)程教育、商業(yè)及用戶電視等。LMDS的發(fā)展?jié)摿κ艿绞澜绺鲊墓J(rèn)。一些國家已分配28~40 GHz頻段的頻率，并將LMDS看成了無線寬帶通道的一種解決方案。在低成本、高速率、易于開發(fā)和拓寬容量等方面比有線網(wǎng)具有更大的優(yōu)勢。在我國，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)骨干的建設(shè)已具規(guī)模。LMDS以其大容量、多業(yè)務(wù)、易建設(shè)、見效快等明顯優(yōu)勢越來越受到我國業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注。
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摘自《現(xiàn)代電子技術(shù)》
