傳統(tǒng)寬帶無線接入技術(shù)

1 引言

　　在信息通信領(lǐng)域，發(fā)展速度最快、對人們影響最大的兩大技術(shù)就是寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無線移動通信技術(shù)，這兩大技術(shù)的結(jié)合，即為寬帶無線接入技術(shù)。寬帶無線接入技術(shù)指從用戶終端到業(yè)務(wù)交換點(diǎn)之間通信鏈路采用無線鏈路的寬帶接入技術(shù)。

　　寬帶無線接入技術(shù)從覆蓋范圍上可以分為局域?qū)拵�無線接入，城域?qū)拵�無線接入，廣域網(wǎng)寬帶無線接入技術(shù)這三類；從是否支持終端移動性上，寬帶無線接入技術(shù)可以分為移動寬帶無線接入技術(shù)和固定寬帶無線接入。移動寬帶無線接入技術(shù)主要是指第三代移動通信技術(shù)，如wcdma、cdma2000等。這類移動通信技術(shù)支持終端移動性，可以實(shí)現(xiàn)終端移動狀態(tài)下的寬帶無線接入，但是在不同的移動速度下，接入帶寬可能不同。固定無線接入技術(shù)主要有MMDS/LMDS、自由空間光通信FSO、IEEE固定無線接入技術(shù)（包括802.11/802.16/802.20）等。固定無線接入技術(shù)不支持終端移動性，因而沒有移動性管理功能，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)較為簡單。

　　下面我們對各種寬帶無線接入技術(shù)進(jìn)行具體的介紹。

2 多信道多點(diǎn)分配系統(tǒng)MMDS和本地多點(diǎn)分配系統(tǒng)LMDS

　　MMDS和LMDS都屬于固定寬帶無線接入技術(shù)，與蜂窩移動通信系統(tǒng)相比，它們不支持終端移動性，無需移動性管理功能，因而系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)較為簡單。MMDS和LMDS的系統(tǒng)構(gòu)成相似，其基本系統(tǒng)構(gòu)成主要包括基站，遠(yuǎn)端站和網(wǎng)管系統(tǒng)。其中基站和遠(yuǎn)端站都由室外單元和室內(nèi)單元組成。室外單元主要完成基站和遠(yuǎn)端站之間的無線射頻傳輸數(shù)據(jù)收發(fā)功能，一般安放在建筑物屋頂。室內(nèi)單元則負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)的適配、接入和匯聚功能。網(wǎng)管系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)控管理服務(wù)區(qū)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，提供各種網(wǎng)管功能如系統(tǒng)配置、業(yè)務(wù)管理、故障自動告警和診斷、性能分析測試和管理等。

　　MMDS和LMDS都采用無線調(diào)制實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到多點(diǎn)的無線接入功能。它們的主要不同在于工作頻段不同，MMDS一般工作于2GHz-5GHz頻段上，而LMDS的工作頻段一般都超過20GHz。這樣由于工作頻段的不同，無線信道特性、可用帶寬不同，MMDS與LMDS的技術(shù)特性便有較大差異。下面對這兩種固定無線接入技術(shù)做具體的介


圖1：MMDS/LMDS系統(tǒng)構(gòu)成圖

　　2.1 MMDS/LMDS技術(shù)特性

　　MMDS最初由美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）引入，工作在2.5GHz-2.7GHz頻段，用于單向視頻電視信號傳送。1998年9月，F(xiàn)CC批準(zhǔn)運(yùn)營商采用雙向的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸，允許更加靈活地使用MMDS頻段用于數(shù)據(jù)接入業(yè)務(wù)。

　　工作頻率：目前ITU-T建議的作為固定無線接入MMDS傳輸頻段為3.5GHz頻段左右。我國國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)給MMDS劃分的頻段為：上行鏈路頻段 3400～3430MHz ；下行鏈路頻段3500～3530MHz ，同一信道收發(fā)頻率間隔為100MHz�？刹捎玫男诺琅渲梅桨赣兴姆N，基本信道帶寬分別為1.75、3.5、7、14MHz，具體應(yīng)用時可以將信道合并使用。在3.5GHz左右的無線信道傳輸性能較好，該頻段由于波長較長，采用準(zhǔn)視距傳輸，抗雨衰能力強(qiáng)，無需考慮沙塵樹葉的影響，業(yè)務(wù)覆蓋半徑大（一般為5-10km）。

　　LMDS一般工作于20GHz以上頻段，如24GHz、26GHz、28GHz，31和38GHz等等。大多數(shù)國家把28GHz左右頻段分配給LMDS使用。目前，我國信產(chǎn)部規(guī)定得LMDS工作頻段為26GHz，其中下行鏈路基站到遠(yuǎn)端站發(fā)射采用24.507-25.515GHz，上行鏈路遠(yuǎn)端站到基站發(fā)射頻段為25.757-26.765GHz。收發(fā)頻率間隔為1250MHz�；�本信道帶寬為3.5、7、14、28MHz，具體應(yīng)用時可以將信道合并使用。LMDS工作頻段頻率較高，波長短，采用視距傳輸，信道傳輸質(zhì)量易受雨霧雪等天氣狀況影響，單個基站業(yè)務(wù)覆蓋半徑一般小于5km。

　　系統(tǒng)構(gòu)成：MMDS/LMDS系統(tǒng)采用多扇區(qū)結(jié)構(gòu)�；�站設(shè)置在服務(wù)區(qū)的中心位置，采用多根扇區(qū)天線，每根天線負(fù)責(zé)一個扇區(qū)。現(xiàn)有扇區(qū)天線波束角一般有15º、22.5º、30º、45º、60º或90º等，相應(yīng)將服務(wù)區(qū)劃分為24、16、12、8、6 或4 個扇區(qū)。遠(yuǎn)端站射頻天線采用定向天線與基站相連，定向接收來自本扇區(qū)天線的信號。系統(tǒng)可以進(jìn)行自動功率增益控制，在滿足一定的誤碼率和系統(tǒng)可用性的前提下，自動調(diào)整發(fā)射功率，使扇區(qū)之間干擾降到最低。每個扇區(qū)可以為一個或多個遠(yuǎn)端站服務(wù)，基站室內(nèi)單元將來自各個扇區(qū)不同用戶上行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚復(fù)用，提交不同的業(yè)務(wù)交換節(jié)點(diǎn)。并將來自不同業(yè)務(wù)交換節(jié)點(diǎn)的下行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)送至各個扇區(qū)的不同用戶�；�站網(wǎng)絡(luò)側(cè)的業(yè)務(wù)接口一般有STM-1、10/100Base-T、E3/T3、n×E1等等。遠(yuǎn)端站設(shè)置在用戶駐地，由室內(nèi)單元連接用戶終端或用戶小交換機(jī)、路由器等用戶駐地網(wǎng)設(shè)備�？商峁┑慕涌陬愋桶�括10/100Base-T、E1、ISDN等。

　　當(dāng)需要提供無線寬帶接入服務(wù)區(qū)域較大時，可以采用類似蜂窩的結(jié)構(gòu)，劃分服務(wù)區(qū)，每個服務(wù)區(qū)中心設(shè)立一個基站，各基站通過骨干網(wǎng)絡(luò)與相應(yīng)的運(yùn)營商業(yè)務(wù)交換節(jié)點(diǎn)相連。同時可以建立集中的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中心（NOC），與各服務(wù)區(qū)基站相連，以便于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理。

　　多址復(fù)用方式：MMDS/LMDS下行鏈路采用TDM或FDM復(fù)用，以點(diǎn)到多點(diǎn)的方式向相應(yīng)扇區(qū)廣播信號，各扇區(qū)相應(yīng)用戶在自己的頻段或時隙內(nèi)接收信號。MMDS/LMDS一般采用上行多址接入方式為TDMA或FDMA，以點(diǎn)到點(diǎn)方式向基站發(fā)送信號。采用TDMA方式時，在同一頻段內(nèi)的遠(yuǎn)端站可以在不同時隙向基站發(fā)送信號，從而可以有效支持突發(fā)性強(qiáng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，適于支持多個突發(fā)性或低速率數(shù)據(jù)用戶的接入。采用FMDA方式時，位于同一扇區(qū)的不同遠(yuǎn)端站在不同頻段上向基站發(fā)送信號，彼此互不干擾。FDMA對干大量的連續(xù)非突發(fā)性數(shù)據(jù)接入較為合適。實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)用戶業(yè)務(wù)的特點(diǎn)及分布來選取適合的多址方式。

　　調(diào)制方式：MMDS/LMDS可選的調(diào)制方式有QPSK、4QAM、16QAM、64QAM甚至OFDM等等。采用不同的調(diào)制方式時，頻譜效率也不同。一般而言，調(diào)制方式越復(fù)雜，頻譜效率越高，可提供的帶寬也越高，成本越高，對信道要求越高，覆蓋距離也越近。實(shí)際中，需要根據(jù)具體情況決定采用何種調(diào)制方式。

　　系統(tǒng)容量：理論上說，MMDS/LMDS系統(tǒng)容量與所采用的調(diào)制方式，可用帶寬有關(guān)。一般來說，視所采用的調(diào)制方式和信道帶寬不同，MMDS可提供的單扇區(qū)接入帶寬為幾Mbps到幾十Mbps之間。而LMDS由于系統(tǒng)可用帶寬大，可提供的單扇區(qū)接入帶寬則可達(dá)幾十Mbps至幾百M(fèi)bps，這就意味著LMDS具有提供各種寬帶業(yè)務(wù)的能力。

　　2.2 MMDS/LMDS的業(yè)務(wù)能力及其優(yōu)缺點(diǎn)

　　MMDS/LMDS固定無線接入系統(tǒng)所提供的業(yè)務(wù)包括：高速Internet接入、局域網(wǎng)互連、租用線、電話、傳真、視頻會議、企業(yè)VPN等各種業(yè)務(wù)，其中LMDS由于頻帶寬甚至可以部分替代光纖提供業(yè)務(wù)接入。

　　MMDS/LMDS具有無線系統(tǒng)所固有的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，如無需鋪設(shè)通信線纜、建設(shè)成本低，項目啟動快，建設(shè)周期短，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低等。同時MMDS/LMDS的方便靈活、可以快速部署、后期擴(kuò)容能力強(qiáng)的特點(diǎn)便于新的電信運(yùn)營商快速打入本地電信市場，提供寬帶接入服務(wù)。

　　MMDS的缺點(diǎn)在于帶寬受限，所能提供的寬帶接入能力有限。LMDS由于工作頻段高，其缺點(diǎn)在于需要保證視距傳輸，基站覆蓋范圍小不適于遠(yuǎn)程用戶；同時通信質(zhì)量易受雨霧雪沙塵等天氣狀況影響。另外，MMDS/LMDS沒有統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，各廠家的設(shè)備存在兼容性問題。同時需要說明的是，目前IEEE已經(jīng)制定的802.16標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)涵蓋了MMDS/LMDS的工作頻段，未來MMDS/LMDS的前景不容樂觀。802.16技術(shù)將在后文介紹，這里不再多述。

3 自由空間光通信系統(tǒng)

　　自由空間光通信（FSO）是光通信與無線通信的結(jié)合。它以激光(～THz) 為載波、大氣為傳輸介質(zhì)實(shí)現(xiàn)大容量信息(155M～2. 5 G) 的傳遞，也稱無線光網(wǎng)(WON )系統(tǒng)或光無線系統(tǒng)。FSO 是一項視距傳輸技術(shù)，只要在收發(fā)兩個端機(jī)之間存在無遮擋的視距路徑和足夠的光發(fā)射功率，通信就可以進(jìn)行。FSO系統(tǒng)一般采用紅外激光作為載波，這種紅外光不傷眼睛，其傳輸距離受氣候條件影響，從幾百米到幾公里不等。

　　3.1 FSO系統(tǒng)組成和技術(shù)特性

　　FSO系統(tǒng)主要由光收發(fā)天線和終端設(shè)備構(gòu)成，傳播信道為大氣介質(zhì)。當(dāng)需要長距離傳輸時，需要添加相應(yīng)的中繼設(shè)備。系統(tǒng)所用的基本技術(shù)是光電轉(zhuǎn)換。在點(diǎn)對點(diǎn)傳輸?shù)那闆r下，每一端都設(shè)有光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)全雙工的通信。FSO系統(tǒng)中，光發(fā)射機(jī)的光源受到電信號的調(diào)制，并通過作為天線的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，將光信號經(jīng)過大氣信道傳送到接收端的望遠(yuǎn)鏡。高靈敏度的光接收機(jī)，將望遠(yuǎn)鏡收到的光信號再轉(zhuǎn)換成電信號。

　　FSO的光發(fā)射機(jī)光源主要采用半導(dǎo)體激光器。半導(dǎo)體激光器體積小、重量輕、可靠性好、效率高，是FSO系統(tǒng)理想的選擇。由于大氣對不同波長光信號的透過率有較大差別，激光FSO組織規(guī)定的FSO系統(tǒng)常用波長為850nm和1550nm波長。850nm的FSO設(shè)備價格相對較低，而1550nm的FSO系統(tǒng)價格較高。但是，1550nm的FSO系統(tǒng)傳輸距離更遠(yuǎn)，對于霧有更強(qiáng)的穿透能力，而且對人眼更安全，具有更廣闊的使用前景。

　　FSO系統(tǒng)一般采用幅度或相位外調(diào)制方式，發(fā)射機(jī)端采用光功率放大器增強(qiáng)發(fā)射功率。接收機(jī)采用低噪聲前置放大器對接收到的微弱光信號進(jìn)行預(yù)放大，并采用光窄帶濾波器濾除帶外噪聲。同時，接收機(jī)中還采用光A GC放大器提供可變的增益，以便在接收機(jī)的輸入光功率變化時，控制放大器的輸出電平保持恒定不變。

　　FSO系統(tǒng)中，一個關(guān)鍵的組成部分就是光學(xué)天線。光學(xué)天線根據(jù)光的反射、折射等原理設(shè)計, 發(fā)射點(diǎn)和接收點(diǎn)通常需要通過望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)。由于FSO采用大氣介質(zhì)作為信道，而大氣中存在湍流、灰塵等影響信道傳輸?shù)囊蛩�，發(fā)射端激光束發(fā)出時偏離一定角度時，到達(dá)接收器時就會形成一個很大的光錐。除了大氣信道傳輸特性隨機(jī)變化對FSO造成的不利影響外，F(xiàn)SO系統(tǒng)中建筑物的抖動也會影響光收發(fā)天線之間的對準(zhǔn)和接收�？梢哉f光學(xué)收、發(fā)天線之間的瞄準(zhǔn)、接收和跟蹤技術(shù)是FSO技術(shù)的難點(diǎn)和關(guān)鍵。

　　3.2 FSO技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)展展望

　　FSO系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)有：

　　·方便靈活快速部署，無需挖溝埋設(shè)通信線纜。

　　·不需要頻率許可證，F(xiàn)SO系統(tǒng)工作頻段在THz以上，沒有信號間的相互干擾，故不需要頻率許可證。

　　·帶寬高，F(xiàn)SO系統(tǒng)采取點(diǎn)到點(diǎn)的組網(wǎng)方式時，F(xiàn)SO能支持155Mbps～10Gbps的傳輸速率，傳輸距離在2公里～4公里之間；當(dāng)采取點(diǎn)到多點(diǎn)的組網(wǎng)方式時，F(xiàn)SO同樣能支持155Mbps～10Gbps的傳輸速率，但傳輸距離為1～2公里；當(dāng)采取格形的組網(wǎng)方式時，F(xiàn)SO可支持622Mbps的傳輸速率，傳輸距離為200～400米。

　　·安全性能好。FSO波束窄，定向性好，非可視光，除非其通信鏈路被阻截，否則數(shù)據(jù)不會外泄，也難以竊聽。另外FSO通信系統(tǒng)本身也對數(shù)據(jù)鏈路進(jìn)行加密，保證了通信的安全性。

　　·成本低，F(xiàn)SO系統(tǒng)省去了有線光纖通信中的光纖鋪設(shè)和維護(hù)，系統(tǒng)架設(shè)維護(hù)成本僅為有限光纖通信成本的幾分之一。

　　FSO系統(tǒng)的缺點(diǎn)及存在問題：

　　·FSO是一種視距寬帶通信技術(shù)，傳輸距離與信號質(zhì)量相矛盾。盡管激光的定向性很好，但波束還是會隨傳輸距離的增加而變寬，超過一定距離后就難以被正確接收。測試表明，在1公里以下FSO系統(tǒng)才能獲得最佳的效率和質(zhì)量，最遠(yuǎn)只能達(dá)到4Km。另外，由于波束的傳輸不能受到阻擋，空中飛行物如飛鳥也會對FSO通信產(chǎn)生影響。FSO系統(tǒng)很難達(dá)到通信中99.999%的嚴(yán)格穩(wěn)定性要求。

　　·易受氣象條件的影響，F(xiàn)SO系統(tǒng)采用大氣作為傳輸介質(zhì)，通信質(zhì)量易受氣象條件的影響。雨霧雪天氣情況，以及風(fēng)力氣溫都會對FSO系統(tǒng)通信質(zhì)量產(chǎn)生相當(dāng)?shù)挠绊憽?br />
　　·發(fā)射功率受限，為了防止激光對人眼造成傷害，F(xiàn)SO系統(tǒng)發(fā)射功率不能超過一定的限制范圍，這也影響了FSO系統(tǒng)通信質(zhì)量的提高。

　　FSO系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)原理比較簡單，目前其關(guān)鍵問題是如何提高通信的可靠性，以便盡量達(dá)到電信運(yùn)營商高可靠性要求；在此基礎(chǔ)上，再考慮如何提高系統(tǒng)的傳輸速率和傳輸距離；同時研究FSO系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提供諸如選路、鏈路備份和保護(hù)等功能，充分發(fā)揮系統(tǒng)的潛力。

　　FSO系統(tǒng)由于其自身方便靈活、快速部署、性價比高等特點(diǎn)，雖然易受氣象條件影響，可靠性不高，但在一定的環(huán)境下，仍可最大發(fā)揮自身優(yōu)勢，在最后一公里寬帶接入等領(lǐng)域有一定的競爭優(yōu)勢。


----《當(dāng)代通信》