寬帶接入技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用（三）

周志敏



4.無線接入技術(shù)



　　無線接入技術(shù)是指在終端用戶和交換局端間的接入網(wǎng)部分全部或部分采用無線傳輸方式，為用戶提供固定或移動的接入服務(wù)的技術(shù)。作為有線接入網(wǎng)的有效補充，它有系統(tǒng)容量大，話音質(zhì)量與有線一樣，覆蓋范圍廣，系統(tǒng)規(guī)劃簡單，擴容方便，可加密碼或用CDMA增強保密性等技術(shù)特點，可解決邊遠地區(qū)、難于架線地區(qū)的信息傳輸問題，是當(dāng)前發(fā)展最快的接入網(wǎng)之一。目前，無線接入技術(shù)已較為廣泛地應(yīng)用于農(nóng)村、城鎮(zhèn)，在水利電力、工礦等專網(wǎng)中也得到一定程度上的應(yīng)用。



　　無線接入的方式有很多，如微波傳輸技術(shù)（包括一點多址微波）、衛(wèi)星通信技術(shù)、蜂窩移動通信技術(shù)（包括FDMA、TDMA、CDMA和S－CDMA）、CTZ、DECT、PHS集群通信技術(shù)、無線局域網(wǎng)（WLAN）、無線異步轉(zhuǎn)移模式（WATM）等，尤其是WLAN以及剛剛興起的WATM將成為寬帶無線本地接入（WWLL）的主要方式。與有線寬帶接入方式相比，雖然無線接入技術(shù)的應(yīng)用還面臨著開發(fā)新頻段、完善調(diào)制和多址技術(shù)、防止信元丟失、時延等方面的問題，但它以其特有的無須敷設(shè)線路、建設(shè)速度快、初期投資小、受環(huán)境制約不大、安裝靈活、維護方便等特點將成為接入網(wǎng)領(lǐng)域的新生力量。



4.1無線本地環(huán)路（WLL）



　　WLL利用無線方式把固定用戶接入到固定電話網(wǎng)，即利用無線方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有線用戶接入，為用戶提供終端業(yè)務(wù)服務(wù)。WLL包括DECT、PHS、CDMA、FDMA、SCDMA等，它具有部署靈活，建網(wǎng)速度快，適應(yīng)環(huán)境能力強，網(wǎng)絡(luò)配置簡單等優(yōu)點，近年來頗受青睞。



4.2本地多點分配業(yè)務(wù)接入（LMDS）



　　本地多點分配業(yè)務(wù)(LMDS)，作為近年來興起的一種寬帶無線接入技術(shù)。它與蜂窩移動通信系統(tǒng)類似，一般也采用小區(qū)結(jié)構(gòu)，小區(qū)的半徑為2～5km（具體數(shù)值因各地的地理環(huán)境與氣候條件不同而有差異）。美國FCC規(guī)定，LMDS占用28GHz與31GHz頻段附近（Ka波段）的1.3GHz帶寬，其他各國對LMDS所占用的頻段規(guī)定各不相同，但一般都采用20～40GHz間的頻段，帶寬通常在1GHz以上。與蜂窩移動通信系統(tǒng)不同的是，LMDS由于具有Ka波段的電波傳播特點，所以不能支持移動業(yè)務(wù)，只能提供定點的接入。



　　LMDS利用地面轉(zhuǎn)接站而不是衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，通過射頻（RF）頻帶LMDS最多可提供10Mbit/s的數(shù)據(jù)流量，它采用蜂窩單元，以毫米波28GHz的帶寬向用戶提供ROD、廣播和會議電視、視頻家庭購物等寬帶業(yè)務(wù)。LMDS接入系統(tǒng)主要由帶扇形天線的收發(fā)信機組成，其典型蜂窩半徑為4～10km，在每個扇區(qū)傳輸交互式的數(shù)字信號，信號到達用戶室外單元后，28GHz的信號轉(zhuǎn)換成中頻595MHz，在室內(nèi)用同軸電纜將數(shù)字信號送至機頂盒（STB）。LMDS為某些布線施工困難的地區(qū)提供類似的帶寬接入和雙路能力。



　　LMDS系統(tǒng)通常由多個小區(qū)組成，每個小區(qū)由一個中心站和眾多用戶站組成，各中心站通過帶自愈功能的高速光纖環(huán)路相連。中心站由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備與射頻設(shè)備組成，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備主要包括與ATM和CATV網(wǎng)絡(luò)的接口、信號的編／解碼、壓縮、糾錯、復(fù)／分接、路由、調(diào)制解調(diào)、合／分路等；射頻設(shè)備主要包括射頻收發(fā)信機與天線。通常，這兩部分是做在一起的，射頻部分將來自網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備的中頻信號變頻至相應(yīng)頻段，通過天線發(fā)射出去，同時將天線收到的信號變頻至中頻送入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備處理。



　　用戶站由網(wǎng)絡(luò)接口單元和射頻部分組成，其結(jié)構(gòu)基本同中心站。但網(wǎng)絡(luò)接口單元較中心站的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備要簡單得多，而且因用戶所需業(yè)務(wù)的不同而有差異，一般可向用戶提供E1／T1、E3／T3、 10BaseT、ATM25.6、ISDN BNI、PRI、POTS等接口。



　　中心站一般采用全向天線或扇形天線，用戶站則采用方向性極強的高增益天線。每個小區(qū)通常可以提供的下行帶寬為1GHz，上行帶寬為300MHz。如果在小區(qū)內(nèi)劃分扇區(qū)，并且在相鄰扇區(qū)內(nèi)采用交叉極化的方式，還可以成倍地擴大帶寬。例如，一個劃分了8個扇區(qū)的小區(qū)，如采用QPSK調(diào)制，從理論上來說，該小區(qū)內(nèi)的用戶可以享受10GHz以上的帶寬。此外LMDS系統(tǒng)采用了高效先進的均衡與糾錯算法，使系統(tǒng)的誤碼率降至10-10～10-11。因此，LMDS系統(tǒng)在帶寬容量和傳輸性能上都達到或接近了光纖的水平，所以有人稱其為“空中光纖”。



　　同低頻段的其他無線通信系統(tǒng)不同的是，LMDS系統(tǒng)對各通信點之間的“視通” （LOS）的要求非�？量獭Ｓ捎诮ㄖ�物與植物等的阻擋，所以一個小區(qū)內(nèi)能滿足“視通”要求的用戶比例通常為60％左右。對此，LMDS系統(tǒng)在規(guī)劃、設(shè)計小區(qū)時采用了小區(qū)重疊、增加中繼站或反射器等技術(shù)，這可以使小區(qū)內(nèi)收到有效信號的用戶比例上升到85％左右。此外，LMDS系統(tǒng)所處Ka波段的電波還易受天氣的影響，雨、雪、霧等都會引起電波的衰減，較強的降雨甚至可能導(dǎo)致信號的完全中斷。對此，LMDS系統(tǒng)通常采用動態(tài)自適應(yīng)發(fā)信功率控制技術(shù)，在信號衰減較大的情況下，自動增大信號的發(fā)射功率，以便為系統(tǒng)提供足夠的增益儲備。另外，LMDS系統(tǒng)還采用了動態(tài)自適應(yīng)帶寬分配，動態(tài)自適應(yīng)調(diào)制等一系列先進的技術(shù)，以最大限度優(yōu)化系統(tǒng)性能。可以說，LMDS系統(tǒng)集成了當(dāng)今世界多項尖端的通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。



　　LMDS的主要缺點是，存在來自其他小區(qū)的同信道干擾和覆蓋區(qū)范圍有限。因為系統(tǒng)要求工作在高頻段，所以即使發(fā)射機和接收機位置固定，交通工具和樹葉也會造成信號衰落。



4.3數(shù)字直播衛(wèi)星接入（DBS）



　　DBS利用位于地球同步軌道的通信衛(wèi)星將高速廣播數(shù)據(jù)送到用戶的接收天線，所以它一般也稱為高軌衛(wèi)星通信。其特點是通信距離遠，費用與距離無關(guān)，適用于多業(yè)務(wù)傳輸，可為全球用戶提供大跨度、大范圍、遠距離的漫游和機動靈活的移動通信服務(wù)等。



　　在DBS系統(tǒng)中，大量的數(shù)據(jù)通過頻分或時分等調(diào)制后利用衛(wèi)星主站的高速上行通道和衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器進行廣播，用戶通過衛(wèi)星天線和衛(wèi)星接收Modem接收數(shù)據(jù)，接收天線直徑一般為18英寸（0.45m）或21英寸（0.53m）。DBS主要是廣播系統(tǒng)，用戶的回傳數(shù)據(jù)則要通過電話Modem送到主站的服務(wù)器。由于數(shù)字衛(wèi)星系統(tǒng)具有高可靠性，不像PSTN網(wǎng)絡(luò)中采用雙絞線的模擬電話需要較多的信號糾錯，因此可使下載速率達到400kbit/s，而實際DBS廣播速率最高為12Mbit/s。



　　目前，在美國已經(jīng)可以提供DBS服務(wù)，主要用于因特網(wǎng)接入，其中最大的DBS網(wǎng)絡(luò)就是休斯網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)公司的DirectPC。該產(chǎn)品實際就是小口徑衛(wèi)星終端（VSAT）產(chǎn)品，其用戶通過一個碟形天線、一塊衛(wèi)星接入卡及相應(yīng)的軟件接收從通信衛(wèi)星傳來的信號。DirectPC的數(shù)據(jù)傳輸也是不對稱的，在接入因特網(wǎng)時，下載速率為400kbit/s，上行速率為33.6kbit/s，這一速率雖然比普通撥號Modem提高不少，但與DSL及Cable Modem技術(shù)仍無法相比。



4.4微波無線接入



　　目前最常被應(yīng)用于軍事通信上的就是一般大家常說的微波，所謂微波是指頻率大過于1GHz的電波。如果應(yīng)用較小的發(fā)射功率（約一瓦）配合定向高增益微波天線，再于每隔10～50英哩（約為16～80kM）的距離設(shè)置一個中繼站就可以架構(gòu)起微波通信系統(tǒng)。數(shù)字微波設(shè)備所接收與傳送的是數(shù)字信號，數(shù)字微波采用正交調(diào)幅（QAM）或移相鍵送（PSK）等調(diào)幅方式，傳送語音、數(shù)據(jù)或是影像等數(shù)字信號。與微波比較起來，數(shù)字微波具有較佳的通信品質(zhì)，而且在長距離的傳送過程中比較不會有雜音累積。 數(shù)字微波作為一種無線傳輸方式，在靈活性、抗災(zāi)性和移動性方面具有光纖傳輸所無法比擬的優(yōu)點，這也是它的優(yōu)勢所在。



4.5通用分組無線接入



　　GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service）的英文簡稱，是在現(xiàn)有的GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務(wù)。在某種意義上，可以認為GPRS是GSM向IP和X．25數(shù)據(jù)網(wǎng)的延伸；反過來也可以說GPRS是互聯(lián)網(wǎng)在無線應(yīng)用上的延伸。在GPRS上可實現(xiàn)FTP、WEB瀏覽器、E—MAIL等互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。



　　GPRS無線分組數(shù)據(jù)系統(tǒng)與現(xiàn)有的GSM語音系統(tǒng)最根本的區(qū)別是，GSM是一種電路交換系統(tǒng)，而GPRS是一種分組交換系統(tǒng)。分組交換的基本過程是把數(shù)據(jù)先分成若干個小的數(shù)據(jù)包，通過不同的路由，以存儲轉(zhuǎn)發(fā)的接力方式傳送到目的端，再組裝成完整的數(shù)據(jù)。



　　在GSM無線系統(tǒng)中，無線信道資源非常寶貴，如采用電路交換，每條GSM信道只能提供9.6kb/s或14.4kb/s傳輸速率。如果多個組合在一起（最多8個時隙），雖可提供更高的速率，但只能被一個用戶獨占，在成本效率上顯然缺乏可行性。而采用分組交換的GPRS則可靈活運用無線信道，讓其為多個GPRS數(shù)據(jù)用戶所共用，從而極大地提高了無線資源的利用率。在理論上，GPRS可以將最多8個時隙組合在一起，給用戶提供高達171.2kb／s的帶寬。同時，與GSM不同的是，它可同時供多個用戶共享。從無線系統(tǒng)本身的特點看，GPRS使GSM系統(tǒng)實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的能力產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，從而提供了便利高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。



　　GPRS特別適用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。而這正是大多數(shù)移動互聯(lián)應(yīng)用的特點。 　



　　由于GPRS網(wǎng)是通過軟件升級和增加必要的硬件，利用GSM現(xiàn)有的無線系統(tǒng)實現(xiàn)分組數(shù)據(jù)傳輸，GSM在承載GPRS業(yè)務(wù)時可以不必中斷其他業(yè)務(wù)，如語音業(yè)務(wù)等。所以GPRS是GSM向3G系統(tǒng)演進的重要一環(huán)，它的引入將大大延長GSM系統(tǒng)的生存周期，同時為3G的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。



5.電力線接入方案



　　隨著因特網(wǎng)應(yīng)用的不斷擴展和各種新技術(shù)的出現(xiàn)，電力線通信開始應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)接入和室內(nèi)組網(wǎng)，通過電力線載波方式傳送語音和數(shù)據(jù)信息，把電力網(wǎng)用于網(wǎng)絡(luò)通信，以節(jié)省通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本。電力線通信是接入網(wǎng)的一種替代方案，這對網(wǎng)絡(luò)運營商非常重要，其原因在于：



①通信市場50%的投資用于接入網(wǎng)；



②在很多國家，電信管制解除后，接入網(wǎng)的線路資源還歸以往運營商所擁有，新興運營商于是試圖尋找一種新的解決方案，向用戶提供網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)，以打破傳統(tǒng)運營商對最后一公里的壟斷；


③新型電信業(yè)務(wù)的快速發(fā)展導(dǎo)致了接入網(wǎng)傳輸容量需求的急劇增加。



　　目前，開展接入網(wǎng)業(yè)務(wù)有兩種方式：一種是建立新的網(wǎng)絡(luò)，另一種是利用已有的線路資源。第一種方式可通過無線、新鋪電纜或光纖等方法實現(xiàn)，無線方式需要射頻轉(zhuǎn)換的硬件，由于成本較高，難以得到大面積推廣，只能作為有線接入的一種補充；新鋪電纜或光纖需要重新布線，費時費力，建設(shè)投入和維護費用大，并給用戶帶來諸多不便。因此，利用現(xiàn)有線路資源是比較理想的解決方式。



　　現(xiàn)有線路資源主要有：電話線、有線電視網(wǎng)和電力線。電話線和有線電視網(wǎng)的接入線路資源歸傳統(tǒng)的運營商所擁有，而且相對于電力線而言，其線路覆蓋范圍要小得多。在國內(nèi)，除了特別偏僻的山區(qū)外，電力線幾乎無所不在，在每個家庭的每個房間，至少都有一個以上的電源插座，這對開展接入業(yè)務(wù)而言非常方便。



　　在室內(nèi)組網(wǎng)方面，計算機、打印機、電話和各種智能控制設(shè)備都可通過普通電源插座，由電力線連接起來，組成局域網(wǎng)�，F(xiàn)有的各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：如話音、電視、多媒體業(yè)務(wù)、遠程教育等，都可通過電力線向用戶提供，以實現(xiàn)接入和室內(nèi)組網(wǎng)的多網(wǎng)合一。因此，電力線通信在家庭組網(wǎng)和接入等方面將大有可為。電力線通信將在一個較短的時間內(nèi)將有突破性發(fā)展，而且會像20 世紀(jì)50年代的電視那樣，影響每個家庭。



5.1電力線通信環(huán)境分析



　　電力線接入是把戶外通信設(shè)備插入到變壓器用戶側(cè)的輸出電力線上，該通信設(shè)備可以通過光纖與主干網(wǎng)相連，向用戶提供數(shù)據(jù)、語音和多媒體等業(yè)務(wù)。在通信設(shè)備內(nèi)部，高頻網(wǎng)絡(luò)信號與 50/60Hz低頻電信號一起，耦合到用戶端電力線上，由此可把通信網(wǎng)、電力輸送網(wǎng)和用戶駐地網(wǎng)連接起來。戶外設(shè)備與各用戶端設(shè)備之間的所有連接都可看成是具有不同特性和通信質(zhì)量的信道，如果通信系統(tǒng)支持室內(nèi)組網(wǎng)，則室內(nèi)任兩個電源插座間的連接都是一個通信信道。因此，低壓電力網(wǎng)有多個通信信道。通信質(zhì)量的好壞與通信信道直接相關(guān)，很大程度上取決于接收端的噪音水平和不同頻率信號的衰減。噪音越大，在接收端將越難提取出有用的信號；同樣，如果信號從發(fā)送端到接收端的傳輸過程中發(fā)生衰減，在接收端，信號可能被淹沒在噪音之中，也很難提取出有用的信號。



　　電力線通信的噪音主要來源于與低壓電網(wǎng)相連的所有負載以及無線電廣播的干擾等，由于負載的開關(guān)會引起電力線上電流的波動，使得電力線的周圍會產(chǎn)生電磁輻射，所以，沿電力線傳送數(shù)據(jù)時，會出現(xiàn)許多意想不到的問題。另外，信號衰減與信道的物理長度和低壓電網(wǎng)的阻抗匹配情況有關(guān)，由于低壓電網(wǎng)上負載的開關(guān)是隨機的，因此，其阻抗是隨時間而變化的，很難進行匹配。所以，電力線通信的環(huán)境極為惡劣，在這樣惡劣的環(huán)境下，很難保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量，必須采用許多相關(guān)的技術(shù)加以解決。



5.2電力線通信技術(shù)發(fā)展



　　要用電力線傳輸高速數(shù)據(jù)和語音等信號，必須找到一種可靠的傳輸方式，使得數(shù)據(jù)可以在惡劣的電力線通信環(huán)境下穩(wěn)定地傳送。力普公司在電力線通信產(chǎn)品的開發(fā)取得了突破性的進展，并相繼開發(fā)出各種類型的應(yīng)用產(chǎn)品。如用于智能小區(qū)的光纖到小區(qū)，電力線到戶的全套產(chǎn)品；基于電力線通信的VoIP；電力線組網(wǎng)產(chǎn)品；電力線到以太網(wǎng)的橋接產(chǎn)品。目前推出的產(chǎn)品傳輸速率為 14Mbps，并將推出100Mbps速率的產(chǎn)品。【未完待續(xù)】



摘自　賽迪網(wǎng)