LMDS宽带无线接入解决方案解析

1、L MDS 宽带无线接入解决方案邵晓冬 1, 叶 进 2(1. 桂林 2马可尼电信有限公司 , 2. 桂林电子工业学院 广西 桂林 摘要 :文章介绍了本地多点分配接入系统 (LMDS , Local Multipoint Distribute Service 。 它是一种宽带的无线固定 接入技术 , 本文描述了 LMDS 的应用 , 并分析了这种新兴接入技术的市场应用前景 。关键字 :接入网 ; LMDS ; FDCA中图分类号 :TN 文献标识码 :A 文章编号 :1008-3545(2003 02-0010-04 随着数据业务的增长 , 用户对业务需求的多样 化 、 个人化 , 通信信息技

2、术的不断更新和成本的持 续下降 , 以及通信市场的日益开放 , 接入网的建设 正在进入一个 IP 化 、 综合化 、 宽带化的重要时期 。 用户接入网是一种业务节点与最终用户之间的连接 网络 。 它把干线网络上的信息分配给最终用户 。 由 于电信网经过多年的发展 , 从采用的技术 、 提供的 业务等各个方面都发生了巨大的变化 , 传统的用户 环路已不能适应当前和未来电信网发展 。 ITU 2T 根据电信网的发展演变趋势 , 提出接入网 (AN 概念的目的是综合考虑本地交换机 、 用户混合的终 端设备 , 通过有限的标准化接口 , 将各种用户接入 到业务节点 。 虽然目前各国的核心网络建设均初具

3、 规模 , 基本可满足当前通信的需求 , 但突出的矛盾 体现在接入网方面 。 对运营商来说 , “ 最后一公里” 的接入问题已经成为制约其发展的瓶颈 。 这是通信 向宽带智能 、 个人化发展的关键 , 因此各国都把研 究 、 发展和建设接入网列为重要任务 。一 、 接入技术的演进从广义讲 , 接入技术可以分为有线接入和无线 接入两大类 。 有线接入包括双绞线接入 、 同轴电缆 接入光纤接入 、 混合接入 。 利用铜双绞线提供宽带 业务新接入技术目前主要为高速数字用户线 (HD 2 SL 和不对称数字用户线 (ADSL 两种 。光纤接 入主要是光纤到大楼 、 光纤到路边和光纤到家这三 种 。 它

4、们都采用无源光网 (PON 技术 , 可提供 SDH 的速率 。混合接入主要有光纤与铜线的混合 和光纤与同轴电缆的混合 (即 HFC , 而交换式数 字视像 (SDV 实际是光纤到路边加 HFC 的混合 。 对用户来说 , 光纤的成本过高 , 而 HFC 在很多国 家并不适合 , 因为光纤与电缆往往掌握在不同的部 门手中 , 由于法规的限制及各自利益的保护 , 混合 使用难于实现 。 而无线接入只需安装天线等简单装 置 , 避免了铺设线缆的繁琐工作 , 可以在最快的时 间内提供高速高质量的服务 。 本地多点分配接入系 统 (LMDS , Local Multipoint Distribute

5、Service 作 为一种宽带的无线固定接入手段 , 是一种提供容量 接近于有线光纤的新型无线通信技术 。这种快速 、 高效 、 廉价的新兴接入方式显得格外引人注目 。二 、 L MDS 的组成及特点LMDS 采用一种类似蜂窝的服务区结构 , 将一 个需要提供业务的地区划分为若干服务区 , 每个服 务区内设基站 , 基站设备经点到多点无线链路与服 务区内的用户端通信 。 每个服务区覆盖范围为几公 里至十几公里 , 并可相互重叠 。 一个完善的 LMDS 网络是由四部分组成的 :骨干网络 、 网络运行中心 (NOC 、 服务区中的基站系统和服务区中的用户 端设备 。 各个基站的数据送入骨干网络

6、, 完成话音01交换 、 A TM 交换 、 IP 交换等 , 并连入国际出口 , 如 Internet 出口等 。为管理服务区的设备和用户 , 系统往往设立网络运行中心 (NOC 。LMDS 将点对点微波通信技术和 A TM 技术有 效结 合 , 采 用 快 速 动 态 容 量 分 配 (FDCA 的 TDM/TDMA 技术 , 可以动态的为每个用户提供高 达 37Mbit/s 的瞬时速率 。 由于 LMDS 采用了基于 A TM 平台的机制 , 它不仅可以向远端客户提供多 种灵活的接入类型 , 如以太网接口 , A TM 接口 , 帧中继及 E1接口等 , 而且为多种业务 (语音 、视 频

7、以及将来的基于 IP 的应用 提供有效的支持 。三 、 马可尼公司的 L MDS马可尼 LMDS 无线核心网设计成具有开放接 口 (2Mbit/s 和作为接入网系统的一部分的独立 解决方案 。 作为接入网单元部分 , 计划支持 V511、 V512以及 IP 业务 。 系统的颗粒度为 64kbit/s 。 因 此 , 在用户侧 , 它可以提供类似于 PO TS 、 ISDN 、 DA TA 、 2Mbit/s 租用线或 64kbit/s 租用线业务 。 系统的主要特性如下 : 点到多点体系结构 单个小区和多个小区拓朴 在无线节点和用户接口处为开放接口 宽范围的用户速率 (软件可选 动态带宽分配

8、 无线核心网兼容于 A TM 高的频谱效率 非常大的系统容量 高的服务等级 加密和验证 网络管理系统 NS 接口 (QD2、 Q3P 、 SN 2 MP 1. 拓朴结构 (1 一般拓朴结构 基于接入网系统的无线 LMDS 已开发成一个固定无线接入系统 。 它在中心 基站 (BS 和几个本地终端站 (TS 之间建立连 接 。 本地终端站通常服务于在房屋和商业区的一个 建筑物 /家中的用户一侧 。 如图 1所示 。图 1 中心基站和本地终端站之间的连接LMDS 可以蜂窝式结构用于邻近的和交叠处小 区以提供一个整体覆盖面 。 一个无线小区由一个或 多个扇区构成 , 视在中心基站和远端的若干个终端 站

9、的天线角度而定 。 依照承载的需要 , 可以建立一 个基站 , 为一个小区的一部分或各处提供无线接 入 。(2 采用不同类型的无线基站 (RBS 室外单 元的扇形分区 为了获得高度灵活的扇形分区 , 已 开发 了 具 有 15、 45、 90(用 于 LMDS1015和 LMDS26 和 60(用于 LMDS315 等不 同 角 度 (Tx 、 Rx 的基站室外单元 。每种类型的基站 (BS 室外单元适用于水平 的或垂直的极化 , 这就允许在一个小区内基站扇区 的最灵活的安排 。 有六个扇区的基站如图 2所示 。图 2 有六个扇区的基站2. LMDS 的应用LMDS 在无线基站与几个远端站之间

10、建立无线 11链路连接 , 远端站通常是在居住区和商业区大楼内 服务于用户的 。对于 PO TS 、 FAX 、 ISDN 、 DA TA 通信等业 务 , 以及移动网经 DECT 或 GSM 所提供的业务 , LMDS 可有不同的应用 。下面描述一些它们的应 用 。(1 典型的商业区或住户应用商业区或住宅用户所希望的类似于 PO TS 、 I 2 SON 、 64kbit/s 租用线 、 IP 通讯等业务 , 可以由 LMDS 支持 。现代化的 LMDS 经使用一个 Flex 2 plexMSV 5的标准的接口连接到干线网 。对于 IP 通讯可以把一个中央路由器连接到 MSV 5。这就 使

11、IP 信息业务与话音交换分开 。(2 无线的因特网接入和路由器连接由于业务量不断增加和可用的有限频率带宽 , 需要对无线的业务最佳化 , 以获得可用的频带的经 济利用 。 为了达到这一目的 , 马可尼已开发了称作 动态带宽分配 (DBA 的软件支持这一处理 。 为了支撑 IP 信息业务的 DBA 设备 , 马可尼已 把一个 V512本地交换接口协议栈综合到 IP 路由 器 (称作中央路由器 中 。 这一解决方案使得接入 网操作者能有把 IP 信息业务从接入网的边界的电 路交换业务正确的分离的权力 。此外 , 对于在用户侧的外部单站路由器单元那 是不需要的 。 我们按插入式模块方式为我们的远端

12、网络单元 (RNU 30或 RNU 8 开发了一个 SU 2IP 单元 。 RNU 的 某 些 应 用 包 括 了 具 有 8个 时 隙 (RNU30 或 2个时隙 (RNU8 的一个话音和数 据复 用 器 。对 于 插 入 式 用 户 (SU 模 块 具 有 PO TS (a/b 、 ISDN (So 或 Uo 、 N 64kbit/s 、 10Base T 和部分的 E1接口 。LMDS 可同时承载 PO TS 、 ISDN 业务 、 N 64kbit/s 租用线和 IP 业务 。而 PO TS 、 64kbit/s 租用线和 ISDN 业务可用 MSV 5经 V511或 V512接口传送

13、到本地交换机 , 2Mbit/s 租用线业务都直 接传送 (例如经 STM1 到干线系统 。开始从用户的 LANs 连接到 SU 2IPs 的 IP 信息 业务 , 经 V512接口传送到中央路由器 , 这就建立 了到分组交换网 、 IP 网或因特网连接 。4. LMDS 的管理为了获得较详尽地了解 LMDS 的控制体系 , 需要对内部的控制体系和外部控制体系之间进行区 别 。 内部控制体系包括无线系统控制器 (RASCO 对调制解调器控制器 (MOCO 的控制和经 MO 2 CO 完成的调制解调器对调制解调器的控制 。这是 经过把系统连接到一个网络管理系统实现的 。 通常 , 管理系统 NS

14、 经 Q3P 管理协议把系统 连接到 MSV 5。为了这一目的 , 无线系统控制器 必须经 QD 2接口连接到 MSV 5。作为一种选择 , 可以经 RASCO 把系统连接到网络管理系统 。 NS 经过一个本地和远端的监控和信息系统 (SISA 网络采用 QD 2协议 。四 、 L MDS 的发展前景LMDS 系统主要提供给无线宽带载波服务商 , 因为它非常适用于市区使用 。 同时 , 与传统的有线 接入或者低频段无线接入方式相比 , LMDS 具有以 下优势 :1. 频率复用度高 、 系统容量大通过采用多扇区 、 先进的调制方式 、 不同极化 等途径 , 可以进一步提高频谱利用率 。 现有分

15、析计 算表明 , LMDS 基站的容量很可能超过其覆盖区内 可能的用户业务总量 , 因此 , LMDS 系统很可能是 一个“ 范围”受限系统而不是 “容量”受限系统 。 所以 LMDS 系统特别适于在高密度用户地区使用 , 如繁华的城市商贸区 、 技术开发区 、 写字楼群 、 城 市居民小区等 。2. 可提供质优价廉的多种业务LMDS 的宽带特性决定了它几乎可以承载任何 的业务 , 包括 :话音 、 数据和图像等业务 。 LMDS 可同时向用户提供话音 、 数据及视频综合业务 , 符 合电话网 、 计算机网 、 有线电视网三网一体化的发 展趋势 ; 还可提供承载业务 , 如蜂窝系统基站之间 的

16、传输等 。3. 运营商启动资金较小 , 后期扩容能力强 , 投资回收快与传统有线接入方式不同的是 , 有线接入工程 需要大量初期投资以用于基础设施建设 , 而 LMDS21系统的很大部分资金会转移至用户端设备 (CPE , 这样 , 运营者所需的初期投资较少 , 仅在用户数量 增加即有业务收入时才需再增加资金投入 , 提高基 站的配置 , 增加用户端设备 , 逐步扩容 , 逐步追加 投资 。 投资回收也很快 。因此即使初期用户较少 , 运营者也可维系发展 , 这样便最大程度地降低了风 险 。4. 业务提供速度快LMDS 系统实施时 , 不仅避免了有线接入开挖 路面的高额补偿费 , 而且设备安装

17、调试容易 、 建设 周期大大缩短 , 因此可以迅速为用户提供服务 。 5. 在用户发展方面极具灵活性LMDS 系统具有良好的可扩展性 , LMDS 系统 的基站 、扇区覆盖体制 , 用户端设备的模块化结 构 , 使容量扩充和新业务提供都很容易 , 服务商可 以随时根据用户需求进行系统设计或动态分配系统 资源 , 添加所需的设备 , 提供新的服务 ; 也不会因 用户变化 (如用户迁移或流失 而造成资金或设备 的浪费 。另一方面 , LMDS 系统也有其局限性 :1. LMDS 服务区覆盖范围较小 , 不适合远程 用户使用 。 LMDS 采用无线通信单元来覆盖半径通 常为 25km 的地理区域 ;

18、2. 由于工作频率高 , 通信质量受雨 、雪等天 气影响较大 。 LMDS 系统单元的大小受 “降雨衰 减” (rain fade 效应的限制 ;3. 基站设备相对比较复杂 , 价格较贵 , 所以 在用户少时 , 平均每个用户成本较高 。LMDS 自身的特点 , 决定它更适合于大城市的 城区或其他人口比较稠密的地区 。成功地部署 LMDS 需要衡量技术 、市场 、资 金等多方面的因素 , 具体来说主要有 :确定服务对 象 、 分析人口数据和潜在用户的优先性 、 确定和优 化网络覆盖 、 跟踪和确定设备的价格和平衡运营的 成本及收益等 。 从技术的角度看 , 运营商需要考虑 系统容量 、微波传播

19、 、网络规划 、网络节点设备 、 无线设备 、 用户端网络接口设备和网络管理等诸多 方面的因素 。在光纤到户短期内无法实现的情况 下 , 接入技术不可避免地走向多元化 , 这为 LMDS 这种新兴的宽带接入手段提供了良好的市场空间 。参考文献1陶智勇 , 周芳 , 胡先志 。 综合宽带接入技术 。 北京邮电科学研究院 , 2002/8/28.2徐玉 。 全球 LMDS 最新发展动态 。 通讯世界 2002(总 88期 www. tele. com. cn/.3谢希仁 。 计算机网络 (第二版 。 北京 :电子工业出版社 , 1999.4Robert K alman , Jay Shuler. How to build a 21st century metropolitans access network. Lightwave , Sept , 2000.5SUNSHIN E , C. A