LMDS無線接入網(wǎng)技術及其應用

鄧永紅

　　從整個電信網(wǎng)的角度講，可以將全網(wǎng)劃分為公用網(wǎng)和用戶駐地網(wǎng)（CPN）兩大塊，其中CPN屬用戶所有，因而，通常意義的電信網(wǎng)指公用電信網(wǎng)部分。公用電信網(wǎng)又可以劃分為長途網(wǎng)、中繼網(wǎng)和接入網(wǎng)3部分。長途網(wǎng)和中繼網(wǎng)合并稱為核心網(wǎng)。相對于核心網(wǎng)，接入網(wǎng)介于本地交換機和用戶之間，主要完成使用戶接入到核心網(wǎng)的任務，接入網(wǎng)由業(yè)務節(jié)點接口（SNI）和用戶網(wǎng)絡接口（UNI）之間一系列傳送設備組成。



　　近年來，以互聯(lián)網(wǎng)為代表的新技術革命正在深刻地改變傳統(tǒng)的電信概念和體系結構，隨著各國接入網(wǎng)市場的逐漸開放，電信管制政策的放松，競爭的日益加劇和擴大，新業(yè)務需求的迅速出現(xiàn)，有線技術和無線技術的發(fā)展，接入網(wǎng)開始成為人們關注的焦點。在巨大的市場潛力驅動下，產生了各種各樣的接入網(wǎng)技術。骨干網(wǎng)的帶寬由于光纖的大量采用而相對充足，限制帶寬需求的主要瓶徑在接入段。光接入網(wǎng)是發(fā)展寬帶接入的長遠解決方案，但目前這種方式還存在工程造價太高，建設速度慢等缺點，而且對于部分網(wǎng)絡運行企業(yè)來說，不具備本地網(wǎng)絡資源，在這種情況下，要進入和占領接入市場，采用寬帶無線接入技術是一個比較合適的切入點。



　　隨著無線通信技術的迅速發(fā)展，一種提供近似于光纖通信帶寬的新型無線通信技術為接入網(wǎng)開辟了一片嶄新的天地，即本地多點分配業(yè)務——LMDS。



　　從技術上來說，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。LMDS屬于無線固定接入手段。



一、LMDS的概念



　　LMDS是在近年來逐漸發(fā)展起來的一種工作于10GHz 以上的頻段、寬帶無線點對多點接入技術，在某些國家， 如加拿大、南韓，也稱之為本地多點通信系統(tǒng)LMCS(Local Multipoint Communication System)。所謂“本地”是指單個基站所能夠覆蓋的范圍，LMDS因為受工作頻率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廣播方式傳送的，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）分別分配至各個用戶；“業(yè)務”是指系統(tǒng)運營者與用戶之間的業(yè)務提供與使用關系，即用戶從LMDS網(wǎng)絡所能得到的業(yè)務完全取決于運營者對業(yè)務的選擇。



　　在不同國家或地區(qū)，電信管理部門分配給LMDS的具體工作頻段及頻帶寬度有所不同，其中大約有80%左右的國家將27.5GHz～29.5GHz定為LMDS頻段。



　　LMDS 工作在24～38GHz頻段，一般在毫米波的波段附近，可用頻譜往往達到1GHz以上。由于該技術利用高容量點對多點微波傳輸，通過毫米波進行傳輸，它幾乎可以提供任何種類的業(yè)務，支持雙向話音、數(shù)據(jù)及視頻圖像業(yè)務，能夠實現(xiàn)從64kb/s到2mb/s，甚至高達155Mb/s的用戶接入速率，具有很高的可靠性，被稱為是一種“無線光纖”技術。



　　目前，有關LMDS標準化工作在ATM論壇、DAVIC、ETSI、 ITU等組織的工作下進行，大多數(shù)標準化組織都采用ATM信元作為基本無線傳輸機制。



二、LMDS系統(tǒng)的組成



　　一個完善的LMDS網(wǎng)絡是由四部分組成的：基礎骨干網(wǎng)絡、基站、用戶端設備以及網(wǎng)管系統(tǒng)。



1．基礎骨干網(wǎng)絡



　　基礎骨干網(wǎng)絡又稱為核心網(wǎng)絡。為了使LMDS系統(tǒng)能夠提供多樣化的綜合業(yè)務，該核心網(wǎng)絡可以由光纖傳輸網(wǎng)、ATM交換或IP交換或IP＋ATM架構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。



2．基站



　　基站直接進入電信骨干網(wǎng)絡或核心網(wǎng)絡。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。基站負責進行用戶端的覆蓋，并提供骨干網(wǎng)絡的接口，包括PSTN、Internet 、ATM、幀中繼、ISDN等�；�站實現(xiàn)信號在基礎骨干網(wǎng)絡與無線傳輸之間的轉換。基站設備包括與基礎骨干網(wǎng)絡相連的接口模塊、調制與解調模塊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聚焦的喇叭天線來覆蓋用戶端設備�；�站的容量取決于以下技術因素：可用頻譜的帶寬、扇區(qū)數(shù)、頻率復用方式、調制技術、多址方式及系統(tǒng)可靠性指標等，系統(tǒng)支持的用戶數(shù)則取決于系統(tǒng)容量和每個用戶所要求的業(yè)務�；�站覆蓋半徑的大小與系統(tǒng)可靠性指標、微波收發(fā)信機性能、信號調制方式、電波傳播路徑以及當?shù)亟涤昵闆r等許多因素密切相關。



3．用戶端設備



　　用戶端設備的配置差異較大，不同的設備供應商有不同的選擇。一般說來都包括室外單元（含定向天線、微波收發(fā)設備）與室內單元（含調制與解調模塊以及與用戶室內設備相連的網(wǎng)絡接口模塊。



　　LMDS無線收發(fā)雙工方式大多數(shù)為頻分雙工(FDD)。下行鏈路，由基站到用戶端設備一般通過時分復用(TDM)的方式進行復用；上行鏈路，多個用戶端設備可通過時分多址(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運營者應根據(jù)用戶業(yè)務的特點及分布來選取適合的多址方式。



　　LMDS 系統(tǒng)可以采用的調制方式為相移鍵控PSK（包括BPSK、DQPSK、QPSK等）和正交幅度調輸QAM（包括4QAM）。目前可以提供6QAM、16QAM等調制技術。



4．網(wǎng)管系統(tǒng)



　　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)微波技術不同的是，LMDS系統(tǒng)還可以組成蜂窩網(wǎng)絡的形式運作，向特定區(qū)域提供業(yè)務。當由多基站提供區(qū)域覆蓋時，需要進行頻率復用與極化方式規(guī)劃、無線鏈路計算、覆蓋與干擾的仿真與優(yōu)化等工作。
　　



三、LMDS系統(tǒng)的服務范圍



　　LMDS可以采用蜂窩式的小區(qū)結構覆蓋整個城域范圍。典型的LMDS系統(tǒng)利用地理上分散的類似蜂窩的配置，為由多個樞紐發(fā)射機（或稱為基地站）在一定小區(qū)范圍的服務區(qū)管理用戶群，每個發(fā)射機經(jīng)點對多點無線鏈路與服務區(qū)內的固定用戶通信。每個蜂窩站的覆蓋區(qū)為5～7公里，若采用具有更高的發(fā)射功率、更強的接收靈敏度，可增加基站的覆蓋范圍，使覆蓋范圍達到10公里以上。



　　由于LMDS覆蓋區(qū)可相互重疊，每個蜂窩的覆蓋區(qū)又可以劃分為多個扇區(qū)，可以根據(jù)需要在該扇區(qū)提供特定業(yè)務或服務。如通過采用多扇區(qū)、先進的調制方式、不同極化等途徑，可以進一步增加頻譜利用率、提高網(wǎng)絡容量。LMDS系統(tǒng)特別適于在高密度用戶地區(qū)使用，如繁華的城市商貿區(qū)、技術開發(fā)區(qū)、寫字樓群、城市居民小區(qū)等。



四、LMDS系統(tǒng)的優(yōu)勢



　　與傳統(tǒng)的有線接入或者低頻段無線接入方式相比， LMDS具有以下優(yōu)勢：



1．工作頻帶寬、可提供寬帶接入



　　目前，各國分配的LMDS工作頻帶帶寬至少有1000MHz，可支持的用戶接入數(shù)據(jù)速率高達155Mb/s，能夠滿足廣大用戶對通信帶寬日益增長的需求。



2．運營商啟動資金較小，后期擴容能力強，投資回收快



　　在網(wǎng)絡建設初期，服務商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。運營者所需的初期投資較少，僅在用戶數(shù)量增加即有業(yè)務收入時才需再增加資金投入，所以投資回收也很快。



3．業(yè)務提供速度快



　　LMDS系統(tǒng)實施時，不僅避免了有線接入開挖路面的高額補償費，而且設備安裝調試容易、建設周期大大縮短，因此可以迅速為用戶提供服務。



4．在用戶發(fā)展方面極具靈活性



　　LMDS系統(tǒng)具有良好的可擴展性，使容量擴充和新業(yè)務提供都很容易，服務商可以隨時根據(jù)用戶需求進行系統(tǒng)設計或動態(tài)分配系統(tǒng)資源，添加所需的設備，提供新的服務，也不會因用戶變化而造成資金或設備的浪費。



5．可提供質優(yōu)價廉的多種業(yè)務



　　LMDS工作在毫米波波段、20~ 40GHz頻率上，被許可的頻率是24GHz、28GHz、31GHz、38GHz，其中以28GHz獲得的許可較多，該頻段具有較寬松的頻譜范圍，最有潛力提供多種業(yè)務。LMDS的寬帶特性決定了它幾乎可以承載任何業(yè)務，包括話音、數(shù)據(jù)和圖像等業(yè)務。



6．頻率復用度高、系統(tǒng)容量大



　　LMDS基站的容量很可能超過其覆蓋區(qū)內可能的用戶業(yè)務總量，因此，LMDS系統(tǒng)很可能是一個“范圍”受限系統(tǒng)而不是“容量”受限系統(tǒng)。所以LMDS系統(tǒng)特別適于在高密度用戶地區(qū)使用。



五、LMDS系統(tǒng)的局限性



LMDS系統(tǒng)有如下局限性：



　　1．LMDS服務區(qū)覆蓋范圍較小，不適合遠程用戶使用。LMDS采用無線通信單元來覆蓋半徑通常為2到5公里的地理區(qū)域。



　　2．由于工作頻率高，通信質量受雨、雪等天氣影響較大。LMDS 系統(tǒng)單元的大小受"降雨衰減"效應（rain fade）的限制。降雨衰減指的是雨滴對微波的散射和吸收所造成的信號失真，它與微波爐中性食品變熱的過程屬同一現(xiàn)象。此外，墻壁、山丘乃至枝葉茂盛的樹木也會阻擋和反射信號并使信號失真，從而對單臺發(fā)射機形成相當大的陰影區(qū)。



　　3．基站設備相對比較復雜，價格較貴，所以在用戶少時，平均每個用戶成本較高。LMDS自身的特點，決定它更適合于大城市的城區(qū)或其他人口比較稠密的地區(qū)。



六、LMDS系統(tǒng)提供的業(yè)務



　　LMDS系統(tǒng)可提供多種業(yè)務，可同時向用戶提供話音、數(shù)據(jù)及視頻綜合業(yè)務，還可以提供承載業(yè)務，如蜂窩系統(tǒng)或PCS/PCN基站之間的傳輸?shù)�。具體如下：



1．話音業(yè)務



　　LMDS 系統(tǒng)是一種高容量的點對多點微波傳輸技術，可提供高質量的話音服務；和傳統(tǒng)的POTS業(yè)務相連，可實現(xiàn)PSTN主干網(wǎng)無線接入。



2．數(shù)據(jù)業(yè)務



　　LMDS 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)業(yè)務包括低、中、高速 3 檔：低速數(shù)據(jù)業(yè)務，1.2～9.6kb/s，能處理開放協(xié)議的數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡允許從本地接入點接到增值業(yè)務網(wǎng)；中速數(shù)據(jù)業(yè)務，9.6kb/s～2Mb/s，這樣的數(shù)據(jù)接口通常是增值網(wǎng)絡本地接點；高速數(shù)據(jù)業(yè)務，2～155Mb/s，BER 低于10-9。提供這樣的數(shù)據(jù)業(yè)務必須有以太網(wǎng)和光纖分布數(shù)據(jù)接口。



3．視頻業(yè)務



　　LMDS 能提供模擬和數(shù)字視頻業(yè)務，如遠程醫(yī)療、高速會議電視、遠程教育、遠程商業(yè)及用戶電視、VOD等。



七、LMDS在有線電視網(wǎng)絡中的應用



　　在CATV寬帶城域網(wǎng)的接入網(wǎng)中，固定無線接入技術雖不是主要的接入方式，但它是光纖接入方式必要有益的補充，在適當情況下甚至可以完全替代光纖接入方式。在固定無線接入方式中，新興的LMDS接入技術與MMDS（多路多點分配業(yè)務）和DBS（直播衛(wèi)星系統(tǒng)）接入技術相比，可提供更高的帶寬和更多的寬帶交互式業(yè)務。



　　在擁有HFC網(wǎng)絡的城市和地區(qū)，利用已有的光纖網(wǎng)絡作為部署LMDS的網(wǎng)絡核心層（光纖骨干網(wǎng)絡）來連接各個LMDS基站。由于接入網(wǎng)方式最終要實現(xiàn)光纖到樓（FTTB）、光纖到戶（FTTH），因此，LMDS憑借其優(yōu)勢完全可以充當光纖接入網(wǎng)的的補充手段。通過光纖到小區(qū)、光纖到樓的接入方式連接LMDS基站，通過LMDS基站向覆蓋區(qū)內的固定用戶提供各類寬帶交互式多媒體業(yè)務（包括各類窄帶業(yè)務）。



　　在使用LMDS時，為了使帶寬不受限制，CATV網(wǎng)絡經(jīng)營者可以根據(jù)需要任意劃分使用頻段。假定有1100 GHz，可將該頻寬中的500 GHz用于數(shù)字廣播電視，600 GHz用于雙向數(shù)據(jù)，即使采用QPSK方式調制，該頻寬也可提供所有的DBS廣播信道；最高達1Gb的全部雙向數(shù)據(jù)業(yè)務，即提供比衛(wèi)星電視更豐富的電視節(jié)目，比銅軸電纜更多的數(shù)據(jù)業(yè)務 。



　　CATV構架起LMDS系統(tǒng)開始向用戶提供業(yè)務時，要考慮上下行鏈路采用何種設計方式。通常設計無線系統(tǒng)有三個主要的接入方式：時分多址（TDMA）、頻分多址（FDMA）和碼分多址（CDMA）。大多數(shù)廠商在提供LMDS下行鏈路的通信方式上都采用TDMA技術，而上行鏈路的通信方式可選擇TDMA技術和FDMA技術。



　　LMDS成功的關鍵在于識別和服務于有潛在商業(yè)用戶的人口密集地區(qū)，非常適合在市（城）區(qū)使用。CATV寬帶城域網(wǎng)正是面向并服務于工商貿產業(yè)區(qū)集中、人口密集、覆蓋地域緊湊的市（城）區(qū)域，而LMDS又具備無線通信特有的優(yōu)勢，即：實施迅速、投資降低、可靠性高等特點，因此為CATV網(wǎng)絡運營者開展各類接入業(yè)務、發(fā)展寬帶用戶提供了高成效、低成本的有效方法，受到業(yè)界人士的廣泛關注。當然，LMDS作為CATV接入網(wǎng)的發(fā)展情況最終還取決于市場。



八、LMDS在國外的發(fā)展情況



　　目前，在全球有多家廠商已推出了LMDS的產品，例如 P - com 、北電網(wǎng)絡、阿爾卡特、朗訊、惠普、休斯等。世界各地也陸續(xù)建立了一些LMDS的實驗系統(tǒng)，加拿大的 MAXLIN K 公司建立了第一個LMDS商用網(wǎng)。許多國家已相繼分配了本國的LMDS頻段，同時出臺了有關LMDS運營的管理辦法和技術要求。不少國家采取了拍賣頻譜和制定有利于運營商的政策法規(guī)，使其通過經(jīng)營LMDS進入電信市場，促進競爭。



　　目前，全美共有11個LMDS主要的運營商，最大的四個是：ART、 Next　Link　Communications 、 Teligent 和 Winstar 公司。1998年12月，美國的 Win star 公司第一個推出商用LMDS業(yè)務，也備受LMDS支持者的關注，該公司是一家通過多種技術手段(主要是光纖、ADSL和 LMDS ) 為中小型企業(yè)(SME ) 提供寬帶接入業(yè)務的公司。從1997年到1999年間，該公司從FCC獲得了多張適用于LMDS技術的寬帶無線接入頻率許可證，成為美國持有LMDS無線接入頻率許可證最多的公司。到2000年底，該公司已在美國60多個區(qū)域市場提供服務。截至2001年4月份， Winstar 公司已經(jīng)擁有3萬個商業(yè)用戶，為100萬個終端用戶服務，2000年收入超過7億美元。



　　在歐洲，隨著LMDS經(jīng)營許可證發(fā)放工作的結束，歐洲一些國家的經(jīng)營者開始推出LMDS業(yè)務服務。目前， First Mark 公司是歐洲最大的端對端寬帶因特網(wǎng)網(wǎng)絡基礎結構公司，已于2001年3月前在德國建立了一個3500公里的全國性的高速光纖網(wǎng)絡，能連接18個國家的170多個城市，提供LMDS業(yè)務服務，如德國、西班牙、葡萄牙、法國、盧森堡、荷蘭、比利時、英國、瑞士、奧地利、捷克、芬蘭等。



　　1998年12月，日本加快了本地競爭進程，著手寬帶固定無線接入許可證發(fā)放準備工作。2001年主要發(fā)放的是2.4　GHz 和38 GHz 頻段的經(jīng)營許可證。日本政府的計劃是在未來兩年，將寬帶用戶數(shù)量發(fā)展到500萬，到2005年，達到3000萬。



九、LMDS在中國的發(fā)展情況



　　LMDS技術1998年進入中國，引起中國電信、中國移動、中國網(wǎng)通、聯(lián)通、吉通等各大運營商的重視，他們紛紛申請頻點，與國外一些產品制造商攜手，分別在廣州、上海、北京、武漢、杭州、大連、青島、深圳、珠海等地建立了規(guī)模不等的實驗網(wǎng)。



　　中國聯(lián)通1999年底成功開通LMDS試驗網(wǎng)——中國聯(lián)通廣州試驗網(wǎng)，其他LMDS實驗網(wǎng)，包括中國電信—上海、中國移動—武漢、中國網(wǎng)通—北京也陸續(xù)開通。目前各網(wǎng)運行良好，各運營商都組織了專業(yè)測試部門進行了各項性能指標的測試。中國電信—綿陽、中國移動—貴陽、中國移動—西安的LMDS試驗網(wǎng)也即將建成。



　　目前LMDS基本上還處于試用階段，而不少的制造商則把為LMDS開發(fā)的技術使用到2.5～2.7MHz和3.4～3.6MHz頻率的產品上，出現(xiàn)了新一代的無線雙向寬帶接入技術。



　　LMDS系統(tǒng)工作在10、24、26、28、31、38GHz頻段，在歐洲和北美已有多個頻段得到了批準和使用，在中國，LMDS頻率標準還未出臺，但24~26GHz、38~40GHz已被批準用于試驗。



　　總的來看，寬帶無線接入技術代表了寬帶接入技術的一種新的不可忽視的發(fā)展趨勢，不僅敷設開通快，維護簡單，用戶較密時成本低，而且改變了本地電信業(yè)務的傳統(tǒng)觀念，最適合于新的電信競爭者與傳統(tǒng)電信公司和有線電視網(wǎng)絡公司展開有效的競爭，也可以作為電信公司和有線電視網(wǎng)絡公司有線接入的重要補充。LMDS系統(tǒng)對于寬帶業(yè)務的經(jīng)營者和用戶雙方都是一種多用途的具有良好成本效益的選擇方案，由于它能迅速而廉價地建立起來，因此對經(jīng)營者和用戶來說，特別有吸引力。



摘自《賽迪網(wǎng)》