（电路与系统专业论文）lmds无线宽带接入技术的研究.pdf

摘要 本地多点分布式业务l m d s 是刚刚兴起的固定宽带无线接入技术，工作在较 高频段( 1 0 4 0 g h z ) ，属于微波通信，可用频谱较宽，因此可提供很宽的带宽( 达 1 g h z 以上) ，有“无线光纤”之美誉，可实现双向传输话音、数据图象、视频等 宽带业务。 本文介绍了l m d s 技术的系统结构，重点探讨了系统中所用到的关键技术。 全文共分为五章： 第一章为宽带接入系统的概述部分，对接入网的概念和分类做了简要介绍。 同时，对各种宽带接入技术的优劣势做了详细的比较。 第二章介绍了l m d s 系统的基本结构和组成。在探讨l m d s 系统结构的基础上， 结合湖南大学的地形地势以及各部门对宽带接入需求的各异性，提出了湖南大学 l m d s 接入的一种解决方案，并对方案设计中应该注意的问题进行了总结。 第三章系统的介绍了当今主要的l m d s 技术标准，即d a v i c 标准、e t s i 标准 和i e e e 8 0 2 1 6 标准。 第四章对l m d s 系统中所要用到的调制解调技术进行了探讨。重点讨论了p t c m 实用网格编码调制。对l m d s 系统中用到的主要调制解调技术，比如m p s k 、1 6 a p s k 、 1 6 a p m 以及1 6 q a m 做了深入的研究。 第五章论述了l m d s 系统的损耗和抗损耗情况。从雨衰、大气的吸收以及高 功率放大器h p a 等方面对l m d s 系统的性能恶化等方面做了仔细的研究，并针对这 些不同的情况，提出了一些建议性解决方法。 最后为结束语部分。对l m d s 系统有待于进一步解决的问题，发展前景和必 须面对的挑战进行了总结。 关键词：无线宽带接入本地多点分布式业务无线光纤 微波信道频分多址时分多址 a b s t r a c t l o c a lm u l t i p o i n td i s t r i b u t es e r v i c e ( l m d s ) i s n e w l yd e v e l o p i n g f i x e d b r o a d b a n dw i r e l e s sa c c e s st e c h n o l o g y b e c a u s eo ft h el a r g ea m o u n to fs p e c t r u m a v a i l a b l ea tt h ef r e q u e n c i e sm i l l i m e t e rw a v et e c h n o l o g yo p e r a t e s ，i th a st h ec a p a b i l i t y o fp r o v i d i n g f i b e r l i k e ”s p e e d sa n do f f e r i n gb i d i r e c t i o n a lv o i c e 、d a t aa n dv i d e o s e r v i c e t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h es y s t e ma r c h i t e c t u r e ，w h i c hp a y se m p h a s i so nt h ek e y t e c h n o l o g yt h a tu s e di nt h es y s t e m t h ew h o l ep a p e rc o n s i s t so ff i v ec h a p t e r s ： i nc h a p t e r1 ，t h ed e f i n i t i o na n dc a t e g o r yo fb r o a d b a n da c c e s ss y s t e ma r eb r i e f l y i n t r o d u c e d a ls o ，i td e t a i l st h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fa l lk i n d sb r o a d b a n d a c c e s ss y s t e m s i nc h a p t e r2 ，t h el m d sa r c h i t e c t u r ea n dn e t w o r kd e s i g na r eb r i e f l yd e s c r i b e d b a s e do nt h et e r r a i no fh u n a nu n i v e r s i t ya n dv a r i a t i o ni nt h eb a n d w i d t ht h a te a c h d e p a r t m e n tr e q u i r e d ，o n es o l u t i o no fh u n a nu n i v e r s i t yl m d sw i r e l e s sb r o a d b a n d a c c e s ss y s t e mi sp r o p o s e da n dt h ec o n s i d e r a t i o nd u r i n gs y s t e md e s i g ni ss u m m a r i z e d i nc h a p t e r3 ，t h em a i nl m d ss t a n d a r d sa r ei n t r o d u c e ds y s t e m a t i c a l l y ，s u c ha s d a v i cs t a n d a r d ，e t s is t a n d a r da n di e e e s 0 2 1 6s t a n d a r d i nc h a p t e r4 t h ec o d i n ga n dm o d u l a t i o nf o rl m d ss y s t e ma r ed i s c u s s e d ，w h i c h p a y se m p h a s i so nt h ep r a g m a t i ct c mc o d i n ga n dm o d u l a t i o ns c h e m e a l s o ，t h e g e n e r a lm o d u l a t i o ns c h e m e sa r et h o r o u g h l ya n a l y z e d ，s u c ha sm p s k 、1 6 a p s k 、 1 6 a p ma n d1 6 q a m i nc h a p t e r5 ，t h em a i nc h a n n e li m p a i r m e n t s ，s u c ha sr a i na t t e n u a t i o n ，c l e a ra i r a b s o r p t i o na n dd i s t o r t i o nd u et ot h eh p a a r ec o v e r e da n da p p r o a c h e st oo v e r c o m e t h e ma r es u g g e s t e d i nt h ec o n c l u s i o n ，t h ei s s u e st h a tt ob es o l v e di nt h es y s t e md e s i g na r e s u m m a r i z e ，f i n a l l yt h ep r o s p e c ta n dt h ec h a l l e n g e st ot h el m d st e c h n o l o g ya r e p r e d i c t e d k e yw o r d ：w i r e l e s sb r o a d b a n da c c e s s l m d sf i b e r l i k e m i c r o w a v ec h a n n e lf d m ac d m a 1 1接入网 第一章宽带接入系统概述 1 1 1接入网的定义 在g 9 0 2 中，接入网被定义为：接入网( a n ) 由业务节点接口( s n i ) 和相关 用户网络接口( u n i ) 之间的一系列传送实体组成，例如线路设旗和传输设备。其 主要的用途是为电信业务提供所需要的传输能力。通常情况下，接入网对用户信 令是透明的，不做任何处理，对其进行直接传输。因此，从某种意义来说，接入 网可以看作是一个与业务及应用无关的传输网络。简单的说，接入网指的就足从 交换局到用户终端之间的所有设备。 s n ( 业务节点) 是提供接入到各种交换和或非交换电信业务的网元。s n i ( 业 务节点接口) 是提供用户接入到s n 的接口。u n i ( 用户网络接口) 指的是终端设 备与应用接入协议的网络终端之间的接口。 通常，从交换局或业务节点到用户终端的距离不超过4 k m ，而城市中一般只 有1 k m 左右。接入网是业务接入的瓶颈，是网络数字化的最后一段距离，“最后一 公旱”的称谓也由此而来。由于接入网量大面广，成为影响网络建设与运行成本 的最重要的部分，对接入网技术的性价比要求很高，接入网技术的开发任务还很 重，它的数字化就尤其显得任重道远，因此有人称接入网是“艰难的最后一公里” 或“漫长的最后一公里”。 现在所谈到的接入网一般地说它包括缆线设施和传输设备，具备复用、交叉 连接等传输功能，以及与l n i 有关的用户端口功能、与s n i 有关的业务端口功能 以及核心功能( 如集线、电路仿真和通路选择) ，这些功能分布在o l t ( 光线路终 端) 和o n u ( 光网络单元) 中。需要指出的是：即便在交换业务接入的情况下， 接入网本身对用户信令也是透明的，不做解释。换句话说接入网不受用户信令所 控制。对于s n i 是v 5 和v b 5 类接口的接入网，与v 5 和v b 5 类接口有关的功能足 由刚络管理系统通过a n 中管理用的q 接口来配置的。 迄今为止，各国电信网的主要业务仍然是电话，约占总业务量的7 0 至9 0 ， 因而接入网规划设计的主要目标仍然以电话业务为主，提供的速率一般低于 2 m b i t s 。除了电话业务外，接入网在目前至少应支持现有铜缆用户网所能支持的 所有业务，例如各种低速数据业务、n x6 4 k b i t 数据租用业务、模拟租用线、i s d n 基本接入和一次群接入、非本地交换的业务等等。 宽带接入网具有以下特点： 宽带化：按常规的分类，高于基群率( 1 5 m b s 或2 m b s ) 的业务被定 义为宽带业务，视频节目是其中一例，但当今需求更迫切的应是高速上网和下载， 一个长度为3 5 分钟的视频节目片断用8 m b sa d s l 仅需1 0 秒就可下载完成。 综合化：无论从网络运营者还是从用户来说，都希望一个接入网能够同时 支持宽带和窄带业务。表面上看能支持宽带业务自然就能支持窄带业务，但以数 据为代表的宽带业务是非实时的，适于以分组方式运载，而以话音为代表的窄带 业务是实时的，传统地是以电路方式来传送，这也是将宽带、窄带业务融合或集 成在一个接入网的难度所在。 共享性：大多数接入网出于降低成本的需要为多用户共享，如有源光纤环、 无源光网络p o n 、混合光纤同轴电缆系统h f c 、本地多点分布系统l m d s 等， 上行多点到点的工作方式需要解决多址争用问题。用户希望宽带接入永远在线， 但只有传送业务时j 计费，宽带业务这种固有的突发性要求带宽按需动态分配， 以实现对接入网资源的优化利用。共享媒介的接入方式还要求提供加密与安全接 入甚至v p n 功能，防止恶意用户侵犯他人通信自由。对于a d s l 这类可能为单 用户使用的接入系统，也有数据、图象与v o d s l 的话音业务共享的问题，也需 要带宽管理。 不对称性：数据和图象业务通常是不对称的，上、下行带宽不等是大多数 宽带接入网的特征，如a d s l 、p o n 、h f c 、l m d s 等，而且上、下行所需带宽 比例并不固定，这对双工方式提出了一些新的要求，两个方向所用的帧结构、复 用方式、比特率、传输技术甚至传输媒介都可能不同。 可扩展性：i n t e r n e t 上主机数目每年以成倍的速率增加，对用户共享的接 入网需要考虑如何适应用户数增长而扩展容量，而对单用户的接入传输系统则需 考虑今后如何适应用户的业务量发展而升级的问题。 复杂性：按照接入网的定义，接入网不解释信令，即不含业务节点的交换 功能。宽带接入网为了支持i p 等业务，在接入网内应包含业务节点的一些功能， 例如可能有路由器或m p l s 交换机，虽然这不是信令控制下的第二层交换，但 m p l s 的标签交换也相当于信令，用面向连接的第二层功能来支持无连接的第三 层选路，这是与以话音为主的窄带接入网的不同点。宽带接入网还可能需要与 a a a 服务器相连以提供认证、授权、记帐功能。同时，接入网很可能需要同时面 对分组数据网和传统的电路交换网。宽带接入网的网管需要管到宽带接入终端， 且依据网管接口协议，一些用户可能要求同时支持s n m p 和c m i p 。 1 1 2 接入网的分类 按传输媒质考虑，常用的主要接入方式有下面几大类，它们可单独使用或混合 使用1 3 2 1 ： 1 ，基于铜线的接入技术x d s l ，即借助电话线路，通过调制解调器拨号实现 用户接入的方式，速率最高为5 6 k b p s ，用于语音和低速数据业务，已经成为高速 宽带业务通达用户的“瓶颈”。x d s l 包括i d s l 、h d s l 、s d s l 、v d s l 以及a d s l 。 2 、基于同轴电缆的接入技术h f c ，即在有线电视混合光缆同轴网上，使用电 缆调制解调器进行数据传输，构成宽带接入网。在一个光节点小区内，h f c 电缆 调制解调器用户共享2 5 m b p s 4 0 m b p s 的下行通道。h f c 与其他接入方式相比的 特点是下行可以混合传送摸拟与数字信号。 3 、基于光纤的接入技术一以太网接入技术：可分为有源与无源系统，有源系 统有基于p d h 和s d h 之分。无源即p o n ( 无源光网络) ，有窄带与宽带之分。 4 、基于无线接入技术的接入网，无线接入网由业务节点( 交换机) 接口和相 关用户网络接口之间的系列传送实体组成，为传送电信业务提供所需传送承载能 力的无线实施系统。无线局域网的主流技术包括工作在低频段的点对点微波通信 技术m m d s ，点对多点数字微波通信l m d s 、红外光通信、无线局域网、宽带卫 星接入等。 1 1 3 不同接入技术的优劣势分析 l 、a i ) s l 接入技术分析 优点： 不必对网络进行大规模的改造，可以充分利用现有的市内电话和电话交换局的 机房，保护投资； 上网和电话并不冲突，并且用户上网无需每次重新建立连接： 每个用户都可以独享高速通道，不会出现阻塞问题，下行带宽可达8 m h z ，上行 带宽为6 4 0 k h z 。 采用先进的离散多音频( d m t ) 线路编码方式，抗串音、抗j r 扰性能好、误码率 在1 0 。7 至1 0 4 之间，技术成熟、可靠，并且具有国际标准： 安装方便、组网灵活、传输距离远，一般可达4 公里以上。 缺点： 实际速度受用户和电话分局的电话线长度以及电话线质量的影响： 不同调制技术的x d s l 产品不能够兼容； 由于价格偏高，数字回路无法开通等原因，大规模推广仍有困难。 2 ，h f c 接入技术分析 优点： 可以利用现有的h f c 网，只需对同轴电缆网进行双向改造，并且可以使用有线 电视台的机房： 上下行带宽足够宽，在未来几年甚至更长时间内完全可以满足住宅用户带宽接 入的需要； 开通率达1 0 0 ，不存在a d s l 因线路质量和串扰引起开通率低的问题。 缺点： 没有统一的国际标准，升级时比较困难： 上行信道在4 m 至4 5 m h z 频段范围，信道拥挤，且此频段易受多种干扰； 采用宽带共享技术，接入速度受接入用户数量的影响； h f c 同轴电缆采用树状结构，其频谱资源对所有用户都是开放的，会影响数据 传输的保密性和安全性： e h f c 网进行双向改造的工程施工和系统调试复杂，不可预测的因素太多。 a d s l 和h f c 接入方式的共同特点是叮以利用现有的网络基础没施，并且都有 各自的用户群。他们共同的缺点是带宽抗展能力有限，而且无法建设独立的社区 内部网络平台，从而将是一种过渡性产品。 3 、以太网接入技术分析 优点： 与其他技术相l t ，以太网技术成熟、成本低、结构简单，稳定性及可抗展好， 便于网络升级： 上网速度快，费用低。 缺点： 所需的高端设备相对缺乏： i p 地址资源要求数量大： 运营管理水平要求较高。 4 、光纤接入技术分析 优点：通信容量大，可达到上g h z 级。并且容量高、性能稳定、防电磁干扰、 保密性强。 缺点：主要面向宽带业务，没有考虑对窄带业务的支持，投资大，标准化程 度不高，设备性能有待进一步提高，价格偏高，进期主要应用于有大 带宽要求的企业事业单位用户，全面用于实现光纤到家庭尚待时日。 5 、无线宽带接入技术分析 优点：安装简单，通常只需要安装天线等简单装置，避免了铺设线缆的繁琐 工作，以最快的时间提供高速高质量的服务。 缺点：无线宽带接入技术没有统一的国际标准，各国对无线接入频率分配方 案不一致，难以保证系统稳定性，高频条件下雨衰严重。 1 2 无线宽带接入网 1 2 1 无线宽带接入网的定义 无线接入网是由业务节点( 交换机) 接口和相关用户网络接口之间的系列传 送实体组成，为传送电信业务提供所需传送承载能力的无线实施系统。 无线接入从用户终端角度可分为固定无线接入( f w a n ) 和移动无线接入 ( m w a n ) 3 。用户终端固定或作有限移动时的接入叫做固定接入，主要包括l m d s 技术和m m d s 技术。用户终端移动时的接入叫移动接入。 无线接入网由网络管理系统( n m s ) 、基站控制器( b s c ) 、基站( b s ) 和用 户站( s s ) 组成，是网络操作维护的中心，对网内设备进行检测、诊断并排除故 障。基站控制器实现有线和无线信令的转换，提供交换机接口，并分配无线信道。 一个基站控制器控制多个基站。基站由收发信机组成，他提供无线信道和空中接 口，并对空中接r ：】进行认证和加密解密，并对无线资源进行管理等工作。用户站 为无线网络终端，可以识别用户的用户号码和使用权限，并转发基站与用户终端 之间的电信业务信号等。 无线接入网的拓扑结构有两类：无中心拓扑方式和有中心拓扑方式。 无中心拓扑方式是指任意两个站点之间通过无线广播信道，站点之间进行通 信，各站点争用公共的无线信道。这种方式较适用于网络节点数较少的情况下。 有中心拓扑方式中指定其中一个无线站点作为中心站，控制接入网中其他站 点对网络的访问。 1 2 2 无线宽带系统的特点 “最后一公里”的接入一直以来是制约电信运营向前发展的瓶颈。从1 9 9 9 年开始，电信运营商就开始进行宽带固定无线接入的实验网建设。接入网建设的 主要制约因素之一为频率资源的分配。无线接入技术是各种接入网技术的焦点之 一，它的技术优势主要表现为： 1 、接入和建网投资低，易于按需扩展容量和业务，降低了初始网络投资费用， 适合于短距离业务； 2 、在地形复杂，其他网络无法到达的地方，无线宽带网可以成功的接入； 3 、容量增加时只需要增加天线的数目，而不必像铜线一样依靠增加管子来增 加容量； 4 、网络简单，速度快。所有的设备都很容易安装； 5 ，用户申请后才需要搭建设备。这与有线系统不同，因为有线l a n 网必须在 用户申请之前拥有完整的通信设施； 6 、除了终端设备之外，没有什么设备需要更新升级，所以更新升级费用低； 7 、只要能保证基本通信设施的性能，服务质量也就有保证； 8 、蜂窝式的结构使得带宽复用率很高； 9 、网络的管理、维护和操作费用低廉。 1 3l m d s 宽带接入技术 1 3 1l m d s 技术发展历史 1 9 9 1 年f c c 组织首先为c e l l u l a rv is i o n 公司授予了1 0 0 0 m h z 的注册频谱。 b e r n a r db b o s s a r d 是l m d s 技术的最先发起人口1 ，c e l l u l a rv is i o n 是美国第一 家利用模拟l m i ) s 技术提供服务的公司。1 9 9 2 年i2 月，公司以月租金2 9 9 5 美元 的费用提供共4 9 个频道的电视服务。而l n ) s 的另一个竞争对手c a b l e v is i o t i s y s t e m 有限公司的月租费用为5 0 美元。c e l lu a fv i s i o l q 公司刚开始时的市场主 要在g r i g h t o nb e a c h 和b r o o k ly n 。 1 9 9 7 年9 月，c e l ll j l a rv is i o n 公司获得由f c c 提供的l m d s 开拓者证书，同 时又增加了1 5 0 m h z 的频谱，总频谱达到1 1 5 0 m h z 。除了电缆业务阻外，l m d s 技术 利用电视会议提供高速的数据业务。 1 9 9 7 年11 月i lf l ，c e l l u l a rv is i o n 公司的首席执行官p a r t r ic kj g r e a n e y 去世，在此之前，c e l l u l a rv is i o n 公司已经具备了成功的管理体系，l m d s 业务 飞速发展。然而，p a r t r i c kj g r e a n e y 去世后，l m d s 技术的发展走向低谷。 同时寻求在l m i ) b 方面发展的公司还包括一些电话公司，在1 9 9 8 年2 月1 8 日 的竞标会上，美国a p p e a lsc o u r td c 公司的投标被驳回阳1 。另外一个例子是由 无线电研究委员会，c e l l u l a rv is i o n 公司，l e o b 以及g e t 公司联合投资的风险 机构，通过新建l m d s 发送设备，为m o s c o w 提供电视业务。到目前为止，c e l l u l a r v is i o n 公司并非唯一的l m d s 提供商。 1 9 9 8 年3 月2 5 日，举行了成功的f c cl m d s 频谱竞标会最终频谱由风险投资 中标。w n p 电信有限公司获得了这次竞标的3 2 的频谱。 现在许多大公司也组成联盟挤身l m d s 市场。1 9 9 6 年，惠普和s t a r f o r d t e l e c o m 在旧金山联合对l m d s 进行测试。c is c o 和b o s c h 公司也答应联合力量提 供l m d s 业务。另外一些软硬件大公司也开始进入市场，比如n o r t e l ，a l c a t e l t e l e c o m ，b o s c ht e l e c o m ，e r i c s s o n 以及贝尔实验室。 在我国，l m d s 的研制开发和应用也已经起步，大唐电信已经研制和生产了基 于l m d s 技术的r 一2 0 0 0 系列产品。该产品可通过软件设定不同的调制方式，以满 足不同用户的带宽需求。基站容量最大可达4 8 g b p s ，每个扇区数据吞吐量最大可 达2 0 0 m b p s ，一个远端用户终端最大传输容量可达4 0 m b ，选配不同的用户接口可提 供全面的接入服务，一个基站最大可提供2 0 4 8 e l 容量。1 9 9 9 年7 月，我国第一 套l m d s 实验网在广州市开通，这套由p - c o m 公司为中国联通公司建立的l m d s 网 络标志着我国接入网发展的新起点。目前，中国联通公司的l m d s 实验网正在测试 和调试阶段，如果实现成功，l m d s 将在中国掀起此次通信技术革命的高潮。 我国的台湾也在国立人学最近也建立一个l m d s 试验系统，台湾电信总局f 在 制定l m d s 频率分配的方案。 13 2l m d s 的定义及其特点 l m d s 即本地多点分配业务，是一一种微波宽带业务，工作在1 0 6 h z 至4 0 6 l t z 频 段，在近距离内进行语音、数据、图片和图象等信息的双向传输。l m d s 采用一种 类似蜂窝的服务区结构，将需要提供业务的地区划分为若干单元，每个单元至少 设 个基站，固定或移动用户通过基站接入骨干网，单元之间可相互重叠。 1 m d s 的缩写代表的意思是： l ( l o c a l ) 表示在该频率范围内，信号的传播特性限制在单个单元的覆盖范 围内。现在大城市f 在实验5 公里范围内建没l m d s 发送系统； m ( m u l t i p o in t ) 表示f 行信号采取点到多点或广播的传输方式，而从用户 返回基站却采用多点到点的形式传播，见图1 1 ： d ( djs t r i b u t e ) 指的是信号的分布性能，可以由同步的语音、数据、互联 7 网络以及视频数据组成： s ( s e r v i c e ) 表示运营商与用户之间的关系。通过l m d s 提供给用户的服务 完全依赖于运营商的商业性选择。 图1 1 点到多点分布式结构图 不同国家或地区，电信管理部门分配给l m d s 的具体工作频段及频带宽度不 一样，其中大约有8 0 的国家将2 7 5 g h z2 9 5 g h z 定为l m d s 频段，分配 l3 0 0 m h z 的注册频谱，传输的数字信号在1 g h z 以上。提供对互联网的高速访问、 实时多媒体文件传输、本地网络抗展、视频点播、视频会议以及电话业务。美国 联邦通信委员会f c c 的l m d s 波段分配见图1 2 。其中b 波段为点到点的注册谱。 2 7 5 02 8 3 5 2 91 12 9 2 5 i 3 1 0 7 83 l2 2 5 州( 二二二二二二二卜_ 卜。l 甘 1 3b a n d 3 1 0 0 0 3 13 0 0 图1 2f c c 所提议的l m d s 波段分配 普通的无线接入系统都是窄带系统，工作在4 5 0 m h z 、8 0 0 - h z 等频段，针对低 速的语音和数据业务。而l m d s 工作在1 0 g h z 4 0 g h z 频段，我国暂定为2 6 g h z 和 3 8 g k l z ，在毫米波的波段附近，可用频谱往往达到1 g h z 以上。在短距离内，采用 蜂窝结构传输高频信号，单元覆盖范围大概在3 k m 5 k m 。单元覆盖面积同时受环 境的影响，l m d s 属于视距传播技术，区域之间存在阴影效应，可以采用反射和中 继器进行连接，信号之间采用不同的技术消除千扰。研究表明，在农村地区，采 用单一的发送设备，每个单元实际上的用户数只能是理论上用户数的6 0 ，如果 采用单元重叠和中继技术，可达到理论用户的8 5 。利用交流极化技术，单个蜂 窝采用四扇区工作导航方式，对总个频谱进行有效的复用，重叠区域的可用性可 高达9 9 9 9 9 。l m d s 技术可以达到1 - 5 g h z 下行速度以及2 0 0 m h z 的上行速度，每 个单元可以同时为8 0 0 0 0 用户提供语音电话业务。 当前，随着l m d s 应用被越来越多国家采取，其标准的制定成为l m d s 发展中 越来越重要的问题。目前，有关标准化工作在a t m 论坛、d a v i c 、e t s i 、i t u 等组 织的工作下进行，大多数标准化组织都采用a t m 信元作为基本无线传输机制。 综合起来l m d s 具有以下特点： 工作在1 0 g h z 以上的频率( 1 0 4 0 g h z ) ，欧洲在2 4 2 6 g h z ，美国在3 8 g h z ； 占用带宽大。般的蜂窝系统频谱带宽大约在2 5 m h z 3 0 m h z 左右，而l m d s 所占用的带宽在l g h z 以上，因此传输的信息量很大； 基于蜂窝系统结构； 在多向网络控制中心和固定用户之间形成固定链路： 实现视距传播； 单元覆盖直径为3 5 公旱。 工作在高频率带的l m d s ，具有以下优势： 安装操作维护简单方便、性价比高。因为l m d s 所需的设备数不多，因此， 操作维护也比较简单； 建设成本底。一旦中心局和基站建好了，所需要增加的费用也就只有用户 终端设备c p e 的费用，减少了初期投资，只有在增加用户即有业务需要时才有投 资； 降低了接口和租借费用； 建网极具灵活性。无线接入系统具有良好的灵活性，可以根据用户需要进 行系统设计或者动态分配系统资源； 建设周期短，业务速度快，资金回收时间短。无线系统实施时，不仅避免 了有线接入开挖路面的高额费用，而且设备安装调试容易，建设周期大大缩短， 因此可以迅速地为用户提供服务； 组网灵活，按需分配带宽。满足用户急剧增长的对新产品和新业务的需求， 使得每个用户都可以访问高速、大规模的数据、语音和互联网业务； 服务质量和有效性可以和常规的技术媲美甚至更加优胜； 带宽利用率高。当有一个l m d s 用户不使用网络时，可以把没有使用的带宽 9 释放到系统，分配给其他用户使用，用户不需要共享带宽。因此l m d s 的容量不象 光纤网络，l m d s 的利用率不会随着用户数的变动而变动，l m d s 网络可以提供网络 容量的6 到1 0 倍的用户数。 同样，由于l m d s 所固有的工作环境，存在以下不足： 网络工程复杂。工作频谱非常的高是使得l m d s 网络工程难度增加的主要原 因。在高频带，信号容易受雨衰、雪以及视距传播的限制，使得网络的有效覆盖 范围减少； c p e 代价高。每台c p e 的代价大概在$ 5 0 0 0n $ 6 0 0 0 左右。 1 3 3l m d s 技术与m m d $ 接入技术的比较 m m d s 与l m d s 技术从系统配置上来看是相同的，都属于固定无线接入技术， 以点到多点无线方式支持固定用户的接入，不支持漫游功能。这两种接入技术的 本质区别在于空中接口：m m d s 工作于3 5 g h z 附近，l m d s 工作于l o g h z 以上频段， 目前实用化的l m d s 产品工作频段主要有2 4 g h z 、2 b o h z 、2 8 g h z 、3 8 g h z 等。下面 将对这两种技术在覆盖范围、系统容量、业务能力和适用范围方面进行比较： 覆董范围 从无线的工作原理来看，频率越高，信号随距离的衰耗就越快，衍射能力也 越低，也就是说，绕过障碍物的能力降低，这就决定了两种技术不同的覆盖能力。 m m d s 的覆盖范围一般可达1 0 k m ，而l m d s 的覆盖范围为3 5 公里。l m d s 工作在 毫米波波段，信号波长尺寸与雨滴大小可比，降雨对信号传输影响很大，雨衰严 重。据统计，在降雨量为2 5 m m h o u r 时，l m d s 信号衰减为8 15 d b k m ，而m m d s 信号，其衰减却低于0 1 d b k m 。因此l m d s 不适于降雨量大的地区，而m m d s 则 无此顾虑。另外，障碍物对m m d $ 接入的影响要小一些，属于准视距传输：而l m i d s 的高工作频段决定了它的基站和远端站之间只能视距传输，不能有障碍物的阻隔， 对于发展中城市，新建筑物的频繁出现有可能影响l m d s 的无线传输，给运营、维 护带来困难，这也是网络组织中必须要考虑到的因素。 系统容量 频率越高，可用带宽也就越高。目前，我国m m d s 划分了3 0 m h z 2 的带宽， 对l m d $ 虽然未划分频谱，但从频谱划分情况来看，可用带宽在l g h z 以上。在采 用相同调制技术的条件下，可用带宽的多少直接决定了系统容量的大小。另一个 影响因素是频率复用系数，由于采用正交极化的方式在相邻扇区之间进行频率复 用，使得系统容量大大提高。频率的扇区波束角越小，服务区内划分扇区越多， 1 0 频率复用的系数就越高，相同频带宽度上可调制比特率就越高。一般来说，m m d s 调制方式有q p s k 、4 q a m 、1 6 q a m 、6 4 q a m 、g f s k 等， 目前实用系统在3 0 m h z ，带 宽上可调比特率在l o o m b p s 2 0 0 m b p s 之间。l m d s 调制方式有q p s k 、4 q a m 、1 6 q a m 、 6 4 q a m 等，由于可用带宽非常宽松，系统容量可达1 g b p s 以上。 些釜篮力 总的来说，3 5 g h z 固定无线接入和l m d s 都可支持以下业务类型： 高速因特网接入 局域网互连 v p n 租用线 i p 电话i p 传真 视频会议 p s t n i s d n m m d s 和l m d s 提供的接入能力不同，m m d s 接入系统容量较低，因此用户侧接 口的速率也相对低一些，可提供接口类型有l o b a s e t 、e 1 、n 6 4 k b s 、f r 、p o t s 或i s d n 接口。对于中国移动来说，目前m m d s 主要应用于中小企、l k 接入、无线到 大楼、基站传输、中继服务、d d n 、i p 电话等。而l m d s 由于系统容量很大，每个 远端站可有很大( 上百m b p s 的数量级) 的业务带宽，一般在用户侧可提供e 1 电路仿 真、1 0 i o o b a s et 、e 1 子速率接口。 ， 对于某些业务的提供，如为日常宽带无线接入提供租用线时，除业务带宽之 外，q o s 也是需要考虑的因素。例如用于中国移动的g s m 基站传输时，必须考虑 到系统是否支持q o s 能力。如果系统是基于a t m 的，可以通过a t m 电路仿真能力 提供e l 传输通道；如果系统是直接基于t p 的，以现有的i p 技术而言，很难保证 f 1 传输的质量。 适用范围 从业务类型 ：看，商务区、金融区、科技园等地区，用户层次高，带宽需求 高，上述各种业务类型均有需求，均适用；对于一般的企事业荦位，高速互联网 接入和租用线是主要业务；对于居民用户来说，则主要是互联网接入和i p 电话、 普通电话业务。 从业务带宽和速率上来看，m m d s 主要用于向中小企业用户提供数据业务，侧 重于中低速的数据服务。l m d s 由于可提供的带宽资源巨大，系统容量大，可支持 的业务主要面向商业用户、集团用，“，适合于业务集中、用户群集中的地区。 从系统成本上来看，l m d s 工作频率高，对器件的要求高，系统成本很大程度 上决定于能否开发出低成本的2 8 g h z 收发信机。这一频段的放大器需要基于稼砷 技术的单片毫米波集成电路，要做到低成本高性能不太容易。另外，由于覆盖范 围小，用户数少，单用户分担的成本就较高。而m m d s 技术成熟度高、技术难度小， 因而设备成本较低，同时覆盖用户数广泛，单用户分担的成本也就较低。 l m d s 的主要优点之一是运行费用低，系统易于抗容，为客户提供c a t v 和电 话业务的费用比其他技术要低，大约每栋建筑物的安装费用为15 0 美元左右。在 农村地区，如果使用率下降l5 ，此时每栋建筑物的安装费用将上升到1 0 0 0 美 元。根据v i v i a na s s o c i a t e s 咨询代理公司，建一条覆盖范围为5 1 0 公里的双 向单元，安装费用大约为5 0 0 0 0 0 美元。1 9 9 6 年c e l l u l a fv i s i o n 公司估计每个 单向用户享受模拟业务的费用大概为3 0 0 美元。d b s ( d i g i t a lb r o a d c a s t s a t e l l i t e ) 为用户提供相同服务的安装费用大概为8 0 0 美元。h p 公司宣称在用 户集中地区，他们的安装费用可以降低到3 5 0 美元。对于提供大约2 5 的数据和 语音业务，l m d s 每个用户的费用大概为6 0 0 美元，而光纤大概需要4 0 0 0 美元左 右。表1 1 为各种宽带技术的数据速率和费用进行了比较。 表1 1 各种宽带技术的数据速率和费用比较”2 技术市场每户安装费下行速度上行速度 居 l m d s$ 7 0 0 3 5 5 8 m b p si m b p s 民a d s i $ 3 0 0 1 5 7 m b p s0 ，2 1 m b p s 区 c a b l e $ 3 5 0l o m b p s 0 22 m b p s 商 l m d s $ 7 0 0 5 1 8 4 1 5 5 5 2 m b p s1 m b p s 业a d s l$ 4 0 0 05 1 8 4 15 5 5 2 m b p s 1 m b p s 区 c a b l e $ 8 0 04 0 0 k b p s5 3 k b p s 1 3 4l m d s 的挑战与前景 自美国第一家l m d s 运营公司w i l 3 s t a r 开始提供商用业务以来，很多业界人士 对l m d s 的发展持乐观的态度，认为在未来的2 3 年内l m d s 将有迅猛的发展。但 实际上，由于设备成本过高、没有标准组织专门为l m d s 制订标准、没有划分相应 的频谱、许可证的颁发无规则可循等原因，除了美国有几家l m d s 许可证持有者将 其投入市场外，很多国家或运营者仍持观望态度，l m d s 没有得到大规模的应用。 作为一项主要的固定无线宽带接入技术，l m d s 正逐渐走向成熟，成为企业、 住宅用户的新选择。l m d s 提供的是类光纤速率，速率高达l5 5 m b p s ，能将话音和 高速数据业务捆绑在一起，这对业务量较大的企业很有吸引力，特别适用于未得 到宽带服务的特定市场。在那些基础设施不发达的国家，l m d s 也是一种便宜、风 险低、灵活的系统，能在几个月内迅速地提供业务，以满足用户的需要。 随着i n t e r n e t 的发展，l m d s 的前景是光明的。据p i o n e e rc o n s u l t i n g 的研 究，l m d s 的设备市场将从1 9 9 9 年的2 4 1 亿美元增长到2 0 0 3 年的2 3 亿美元。用 户数每年的增长率在7 0 8 0 之间，到2 0 0 8 年，可达到1 1 0 0 万。每隔几个月， i n t e r n e t 通信量就成倍增长，对家庭用户和商业用户来说都渴望获得高速的数据 速率访问i n t e r n e t 。i n t e r n e t 的骨干网络利用光纤提供大量的数据服务，为了 使高速的数据业务变成资本，需要接入i n t e r n e t 的高速电路耦合。尽管l m d s 不 能取代光纤的发送速度，高速访问i n t e r n e t 时，l m d s 可以作为“最后一公里” 的宽带接入无线网络技术。l m d s 不但能够提供高速的数据业务，还可以降低通信 费用。 在具体的应用方面，l m d s 除可以代替光纤迅速建立起宽带连接外，还可建立 无线局域网以及i p 宽带无线本地环。在频率使用方面，l m d s 使用的是微波波段 的高端部分，属于丌放频率。在投资方面，l m d s 具有网络建设投资少，开通快， 建设周期短，运营成本低的特点。据一般估算，由于节省了中问介质的投入，其 投资要比建立光纤接入低2 0 左右，可以在极短的时间内开通。网络扩容也比其 他宽带接入手段方便，可减少设备的过量配置，组网机动灵活且易于管理。此外， l m d s 系统的用户端设备相对简单，也是该技术的一个明显优势。 鉴于以上的原因，l m d s 在我国有广阔的应用前景。首先，l m d s 可作为固定网 运营部门迅速满足用户对宽带接入的需求，可进行视像和高速数据及i p 业务的传 输，同时可作为光纤接入网的补充。其次，l m d s 还可作为新的电信运营商包括移 动通信运营商进行快速组网的有力手段。据介绍，中国联通计划在一百多个城市 采用l m d s 技术进行无线数据网建设，传输i p 电话及其他数据、世务。第三，l m d s 也可用于广+ 播电视领域进行视像传输。 作为一种新兴的宽带无线接入手段，l m d s 为新兴的网络服务商提供了经济、 快速、宽带大容量双向数据传输手段。为运营商“在最后公里”宽带接入和交 互式多媒体应用提供了经济和简便的解决方案，有着广阔的市场前景。 第二章l m d s 系统的基本结构和组成 2 1l m d s 系统的一般结构 l m d s 系统可以采用不同的网络结构，一端连接到用户群转接中心，另一端连 接到用户 3 5 1 。在通常情况下部采用点到多点的无线宽带接入方式，有时点到点的 系统结构以及t v 分布式系统也用于l m d s 系统。l m d s 业务集语音、数据以及 视频于一体。在一个国家的较大的电信组织中，通常采用a t m 和i p 两种传输模 式。l m d s 网络结构包括四个主要部分：网络操作中心n o c ；基站；用户终端设 备c p e ；基础骨干网络，如图2 1 。 傩朔卅；i o r 悃 吁圈 吁圊 ! 丑 图2 1 l m d s 宽带系统的一般结构 图2 2 为通信链路中的主要子系统以及系统