固定无线宽带接入技术.doc

固定无线宽带接入技术1、无线接入网概述 无线接入网又称为无线本地环路(WLL)，由无线基站和用户单位组成。无线基站包括基站收发信机、基站控制器，它提供一个面向程控交换机的标准网络接口V5接口和面向用户侧的空中接口，并完成无线接口的认证和保密、无线资源管理、用户单位登记、路由选择、计费维护以及协议转换、语言与数字的代码转换等功能。用户单元包括收发信机，并提供一个面向基站的无线接口和面向用户的传统接口。传统接口实现协议转换、代码转换、认证、本地供电等功能。交换机与基站之间用数字传输系统相连。基站把网络侧进来的复合网络标准的数字信号，转换成数字空中接口信号。用户单元接收机站送来的无线信号，并将其转换成为模拟信号或者标准数字信号，再用有线手段与用户设备相连。 1.1业务 无线接入网的主要基本业务类型分为电话业务和数据业务。 1.2接口 (1)标准V5接口-V5接口是ITU-T于1994年专为接入网定义的本地交换机与接入网之间的数字接口，这是一种综合的业务节点接口，支持的业务类型包括普通电话业务、ISDN和专线业务等。 (2)公共空中接口-包含无线接口、信令和语言编码及传输内容。无线接口用于规定载波的详细标准和工作方式。公共空中接口是连接基站和用户单元的专用接口，对不同的接入方式含有不同的内容。 1.3多址方式 在接入网中要求多个用户同时接入，需要采用多址技术。无线接入网的多址技术主要有三种：频分多址、时分多址和码分多址。频分多址技术是将用户的电话信息分配到不同频率的载波信道进行传输，一个载波信道传输一路电话信息。时分多址技术是将不同的电话信息分配到不同的时隙进行传输，一个载波可以同时传输多路电话信息，传输的话路数取决于时隙的数目。码分多址技术采用扩频通信方式，它可以在同一时间和同一通路中传输不同的伪随机码调制的多路信号。 这三种技术比较而言，码分多址技术的频谱利用率是最高的，所能提供的系统容量最大，代表了多址技术的发展方向。其次是时分多址技术，它的技术目前比较成熟，应用的范围比较广泛。频分多址由于频谱利用率比较低，将逐渐被前两者取代或与之相互结合。 1.4基站覆盖范围 基站覆盖范围由发射功率、接收机灵敏度和天线增益等因素决定，通常分为三种类型：宏区、微区和微微区。 1.5无线接入与有线接入的异同点 无线接入方式比传统的铜缆接入方式成本低，较少牵涉到道路使用权等问题，而且部署快速、安装方便、易于扩容、不需要复杂的网络规划。与此同时，无线接入系统的经济成本正在迅速下降。 无线接入系统由于具有可以根据需求逐步部署到位的特性，能够实现快速创收并尽量减少初期投资，从而成为新的电信运营企业的理想选择方案。此外随着用户数目的增加而较为平坦的成本曲线，也使得无线接入系统更加具有吸引力。 2、主要的固定宽带接入技术 宽带无线接入技术主要有多通道多点分配业务(MMDS)和本地多点分配业务(LMDS)两种。它们是在成熟的微波传输技术上发展起来的，所采用的调制方式与微波传输相似，主要为相移键控PSK(包括BPSK、DQPSK、QPSK等)和正交幅度调制QAM(包括4-QAM、16-QAM、64-QAM等)。不同之处是MMDS和LMDS均采用一点多址方式，微波传输则采用点对点方式。 2.1本地多点分配业务(LMDS) LMDS是Local Multipoint Distribution Service(本地多点分配业务)的缩写，它是一种微波宽带业务，工作在微波频率的高端(20GHz？40GHz频段)，组网灵活方便、使用成本低，是一种非常有前途的宽带固定无线接入解决方案。它可在较近的距离(3？10公里)开展点对多点双向传输话音、视频和图像信号等多种宽带交互式数据及多媒体业务，支持ATM、TCP/IP、MPEG2等标准。LMDS为“最后一公里”的宽带接入和交互式多媒体应用提供了经济和便捷的解决方案，因此号称“无线光纤”接入技术。 2.1.1产品技术特点 (1)可提供极高的通信带宽。LMDS工作在28GHz微波波段附近，可用频带为1GHz以上，理论上可以提供所有业务，并可以支持所有的话音和数据传输标准。 (2)蜂窝式的结构配置可覆盖整个城域范围。典型的LMDS系统由多个枢纽发射机(或称为基地站)在一定范围的服务区管理用户群，每个发射机经点对多点无线链路与服务区内的固定用户通信。每个蜂窝站的覆盖区为2？10公里，覆盖区可相互重叠。每个蜂窝的覆盖区又可以划分为多个扇区，可根据需要在该扇区提供特定业务或服务。 (3)可提供多种业务。LMDS系统可提供高质量的话音服务，没有延迟，用户和系统之间的接口通常是RJ-11电话标准，与所有常用的电话接口是兼容的。LMDS还可提供低速、中速和高速数据业务。 (4)LMDS能提供模拟和数字视频业务，如远程医疗、高速会议电视、远程教育、商业及用户电视等等。 2.1.2频谱划分范围 LMDS系统工作在毫米波波段，一般在10GHz？40GHz频段上，主要有10GHz、24GHz、26GHz、31GHz和38GHz。目前我国已经正式分配LMDS系统的工作频段。使用26GHz及38GHz频谱，不同国家分配给LMDS的频段有所不同，但有80%左右的国家将27.5 GHz？29.5GHz定为LMDS的频段。 2.1.3系统结构 LMDS系统通常由基础骨干网、基站、用户终端设备和网管系统组成。骨干网可由ATM或IP的核心交换平台及因特网、PSTN网互连模块等组成。基站实现骨干网与无线信号的转换，可支持多个扇区，以扩充系统容量。一般来说，用户终端都有室外单元(含定向天线和微波收发设施)和室内单元(含调制解调模块及网络接口NUI)。 LMDS系统一般包括基站、远端站和网管系统，其中基站和远端站均可分为室内单元(IDU)和室外单元(ODU)两部分。室内单元实现与业务相关的部分的功能，如业务的适配和汇聚；室外单元实现基站和远端站之间的射频传输功能，一般安置在建筑物的屋顶上。基站位于服务区中心，它覆盖的服务区一般分为多个扇区，可以为一个或多个远端站提供服务。系统提供丰富的业务节点接口(SNI)类型，网络则可连接PSTN/ISDN交换机、ATM交换机、路由器等，为远端用户接入业务节点提供服务。 LMDS系统一般可以进行自动增益控制，在满足一定的误码率和系统可用性的前提下，自动调整射频发射功率，使扇区之间的干扰降到最小。LMDS不同扇区之间可以采用正交极化的方式进行频率的重用，并减少相邻扇区之间的干扰。LMDS扇区半径一般为3？5km。 2.1.4调制方式 LMDS系统可采用的调制方式主要为相移键控PSK(包括BPSK、DQPSK、QPSK、8PSK等)和正交幅度调制QAM(包括4-QAM、16-QAM、64-QAM等)。无线双工方式一般为频分双工(FDD)，多址方式为频分多址(FDMA)或时分多址(TDMA)。FDMA适合大量连续非突发性数据的接入，TDMA适合支持多个突发性或低速率数据用户的接入。由于采用了蜂窝技术和扇区分割技术，LMDS频率复用率高，系统容量大。 2.1.5业务应用 LMDS支持的业务主要面向商业用户、集团用户，适用于业务量集中、用户群集中的地区。目前主要业务类型是高质量的话音服务，即POTS(Plain Old Telephone Service)，可实现PSTN主干无线接入。数据业务包括低、中、高速三档：低速数据业务为1.2-9.6Kbit/s，中速数据业务为9.6 Kbit/s-2Mbit/s，高速数据业务为2？155MbR/s。另外LMDS还能提供模拟和数字视频业务，如远程医疗、远程教育、高速会议电视、电子商务、VOD等。 在具体的应用方面，LMDS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IP宽带无线本地环。应当说，产品的发展前景是非常广阔的。此外，LMDS系统的用户端设备相对简单，也是该技术的一个明显优势。 2.1.6缺点 (1)传输距离很短，仅5-6km左右，因而不得不采用多个小蜂窝结构来覆盖一个城市； (2)多蜂窝系统复杂； (3)设备成本高； (4)雨衰太大，降雨时很难工作。 2.2多通道多点分配业务(MMDS) MMDS技术也是一种无线通信技术，英文全名为Multichannel Microwave Distribution System。一般采用正交幅度调制。这种技术是由单向的无线电视微波传输技术发展而来，通过无线微波传送有线电视信号，是国外电话公司与有线电视公司竞争视频业务的重要手段。随着技术的进步，一些生产厂商对原有的MMDS系统进行改进，使之能够实现双向点到多点的宽带传输。这种技术不但方便安装调试，而且由这种技术组成的系统重量轻、体积小、占地面积少，适用于中小城市或郊区有线电视覆盖不到的地方。它的正常工作频段一般为2.5GHz-3.5GHz，一般由骨干网、基站、用户终端设备和网管系统组成，不需要安装太多的屋顶设备就能覆盖一大片区域，因此利用这种技术人们可以在反射天线周围50公里范围内将100多路数字电视信号直接传送至用户。现在MMDS使用了传统的调制技术，但是未来的技术将是基于VOFDM (Vector Orthogonal Frequency Division Multiplexing)的，接收端与反射的信号相结合，生成一个更强的信号。 MMDS是一种新的宽带数据接入业务，在用户和数据网络之间提供一种连接，给用户提供高速无线宽带接入服务。在系统的更新换代方面，MMDS技术将会比其他通信技术更容易升级。 2.2.1MMDS技的业务应用 (1)点对点面向连接的数据业务：为两个用户或者多个用户之间发送多分组的业务，要求有建立连接、数据传送以及连接释放等工作程序。 (2)点对多点业务：可以根据某个业务请求者的要求，把单一信息传送给多个用户，又分为点对多点多信道广播业务、点对多点群呼业务等。 (3)点对点无连接型网络业务：在该业务中各个数据分组彼此互相独立，用户之间的信息传输不需要端到端的呼叫建立程序。 除此之外，MMDS还能支持用户终端业务、补充业务、GSM短消息业务和各种GPRS电信业务。 2.2.2MMDS的发射与接收 MMDS的传输发射方式分单频点发射机和宽带发射机两种： (1)单频点发射机特点 可靠性比较高。如某一路发射机发生故障中断了发射，不会影响其他路信号的传输。 传输距离较大。覆盖范围最大可达50公里以上。通常传输12路电视信号的农村有线电视网要覆盖30公里以上距离都使用此类发射机。 由于它采用独立发射机，成本造价较高。 发射机置于室内，维护方便。 (2)宽带发射机特点 结构简单，使用方便。 覆盖范围较小，一般在30公里半径以内。 成本低，很受经济不太发达地区用户的欢迎。 可置于室外天线后部，免去建机房及购买馈管和波导的费用。 2.2.3MMDS的特点 (1)MMDS技术使用了最新的传送数字信号的信源编码与信道编码技术，同时在MMDS系统中人们还引入了最新的调制技术，这样会使得数字信号的频谱压缩，从而能大大提高频道利用率，最终可以提高通信功率与频谱的综合利用。 (2)与传统的AML、FM微波传输方式工作频段相比，MMDS工作频段要稍微低一点，而与地面电视广播VHF、UHF频段相比，MMDS其绕射能力要弱一点，各种楼层建筑物对其吸收大，反射波弱，不会产生重影；此外组建MMDS技术系统需要的设备价格费用很低，适用于大、中城市个人用户或单位用户接收，不需敷设光缆耗费大量的财力物力，而且操作简单方便。 (3)MMDS无线传输网与有线电视光纤网一样，可采用加/解扰技术，实现可寻址收费系统、计算机用户管理系统，并可实现双向传送话务和数据信息、视频点播、电视会议等。数字压缩技术最终解决MMDS频道容量少的缺陷。可将4-10路电视节目压缩在一个模拟的8MHz通道中传输。 (4)由于MMDS通信技术采用数字滤波与数字存储方式，因此人们可用很简单的方法就能消除伴随图像传输的噪声，来高效改善图像传输的信噪比。此外MMDS也很容易实现自适应的二维、三维亮度分离，彻底消除亮度干扰。这样通过MMDS系统来传输数字电视信号的图像质量要比通过普通方式传递的信号质量高得多。 (5)MMDS通信系统采用数字压缩发射机来大大减少模拟发射机的数量，采用数字传输系统要比采用相应的模拟发射机的成本低好几倍，比通信光缆的铺设更能节省投资。而图像质量等同于光缆传输质量，大大优于模拟传输质量，可靠性大大高于光缆传输。 2.2.4MMDS的现状与发展趋势 最近，我国有的大城市已经成功建成了数字MMDS系统，并且已经投入使用。不仅传送多套电视节目，同时还将传送高速数据，成为我国数字MMDS应用的先驱。数字MMDS不应该单纯为了多传电视节目，而应该充分发挥数字系统的功能，同时传送高速数据，开展增值业务。高速数据业务能促进地区经济的发展，同时也为MMDS经营者带来更大的经济效益。 MMDS最热门的应用就是Internet的接入，这有别于MMDS最初的单向无线电缆服务。MMDS连接与其它任何ISP连接一样，ISP有一个路由器端口与外部ISP网络连接。而在MMDS中，则通常是用以太网与无线Modem连接。Cisco等厂商还为它们的路由器提供了无线Modem卡。在Modem和无线设备之间以电缆连接，然后再连接到天线。 现在MMDS使用了传统的调制技术，但是未来的技术将是基于VOFDM(Vector Orthogonal Frequency Division Multiplexing)的，接收端与反射的信号相结合，生成一个更强的信号。Sprint认为它可增加作用范围内60%到90%的覆盖率。它也可简化天线的安装，因为它们将不再需要精确排列。OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)也具有重要的速度优势，这得益于将无线载波信号分割成了多个副载波。由于每个副载波仅仅携带了数据负载的一部分，因此它能利用更长的符号周期，这将使信号更不容易受到多径传输的干扰(信号反射)。OFDM的重要性也基于它是IEEE802.11a等其它高性能无线技术的基础，IEEE802.lla是一种新的无线LAN标准，它的自然传输速率可达54Mbps。虽然这是一种更好的技术方法，但是由于基于OFDM技术的下一代MMDS设备还没有完全成熟，因此在进行广泛应用之前还必须进行测试。 2.35.8GHz BWA技术 2.3.1系统概述 (1)组网方式：可采用蜂窝结构，每个蜂窝最多可分为6个以上扇区，每个扇区覆盖60或20；也可组成点对多点结构，相当于单独一个扇区工作。 (2)系统构成： 基站，每个基站可由1个或多个接入点组成，每个接入点有独立的收发信系统，每个基站配备一套ATM/Ethernet交换机和一台控制服务器； 用户单元，即远端站，一个接入点最多可带254个用户单元，而每个用户单元又可带许多用户终端； 网络管理系统，由网元管理服务器、网络管理终端和网络管理软件组成，网管协议采用SNMP(简单网络管理协议)。 2.3.2主要术指标 *工作频段：5.725-5.825GHz； *频道间隔：15MHz； *双工方式：TDD； *多址方式：TDMA； *调制方式：相干QPSK； *EIRP：325dBm(发射功率145dBm，天线增益18dBi)； *接收门限(BER=10-4、SNR=14.4dB时)：-81.6dBm； *中频频率：902.5 MHz； *传输速率：每扇区的上、下行总速率各为25Mbps *覆盖半径：空间传输衰耗并非主要限制因素，典型设置为8？10km *天线：接入点使用平板阵列天线，半功率角为水平60、垂直7，或者水平20、垂直20，增益18dBi，极化软件可调；用户单元使用平板阵列天线，半功率角为水平20、垂直20，增益18dBi，极化软件可调； *接口：ATM25、Ethernet10/100Base T、E1/T1、RJ11； *环境条件：接入点设备和用户单元均安装于室外，工作温度为-40？+55C，允许最高相对湿度100%(+45C时)，允许最大风力50ms。 2.3.3关键技术 (1)专利技术-自适应按需分组 接入点与用户单元之间的空间传输通过ATM信元，每个用户单元的业务量不同，一个用户单元不同时刻的业务流量也不同，各个用户单元的优先级不同，各个业务的优先级也不同，自适应按需分组技术即可按照这些不同的需求动态地给各用户单元分配适当的信元数。动态分配的微小时间片的TDMA技术，由于不同用户单元、不同时间的信元数不同，由它们组成的空间帧长就是可变的，在一帧中每个用户单元占用某个时间片或多个时间片，完全是动态按需分配的。另外，为了满足某些突发性业务和实时性强的业务的传输需要，还预留了一些固定时隙的信元，以备特需。 (2)软件无线电 软件无线电技术是利用软件重组来重新配置无线电系统以实现某些特定的功能，提高系统的智能化和个性化水平。在本系统中采用RF模块化设计、金属片阵列天线，利用软件来改变阵列天线的极化方式(水平或者垂直)、调节射频RE衰减器的衰减值、动态选择信道、按需分配速率、保证负载均衡等，使人工操作的部分大为减少，同时有效地增加了系统功能，提高了频谱利用率。 (3)无线ATM 无线ATM是将ATM宽带业务延伸到无线接入网中，用以满足无线接入用户的高速、宽带、多媒体通信的需要。基础原理是在固定无线网中采用基于ATM的宽带网络，无线接入部分为ATM信元提供可靠、透明的传输，从而使各用户单元能在各种环境下均能高效地接入宽带网络。本系统有丰富的协议支持特性，支持的协议包括：