走近LMDS无线固定宽带技术

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· ·夏寒露··
     　　随着互联网的高速发展以及多媒体技术应用的逐步提高令到用户对带宽的要求愈来愈高，有线接入手段无法跟上发展的速度：传统的铜线、电缆，已完全不能满足传输的要求，如果添加额外的调制和压缩设备，成本又往往是用户所不愿意负担的；全光缆网络将是比较完美的解决方案，但对基础网络的要求过高，即使在发达国家也还需要一段时间才能实现；折衷的光纤电缆混合方案(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。而随着无线通信技术的迅速发展，一种提供容量接近于有线光纤的新型无线通倍技术异军突起，这就是本地多点分配业务--LMDS，宽带无线固定接入手段。
     
     　　虽然目前各国的核心网络建设均初具规模，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，即用户与核心网络的连接部分。这与问题是通信行向宽带智能、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。
     　　从技术上来说，按照使用的媒介不同，接入网可划分为有线接入网和无线接入网。无线接入分为移动无线接入和固定无线接入。移动无线接入例如我们熟悉的移动电话接入等，用户是可移动的；而固定无线接入与此正好相反，用户基本是固定不动的。按照这样的分类标准，LMDS属于无线固定接入手段，而它最大的特点在于宽带特性，可用频谱往往达1GHz以上。
     
     初识LMDS
     
     LMDS（Local Multipoint Distribute Service，本地多点分配接入系统）是一种崭新的宽带无线接入技术，1998年被美国电信界评选为十大新兴通信技术之一。在不同国家或地区，电信管理部门分配给LMDS的具体工作频段及频带宽度有所不同，其中大约有80%左右的国家将27.5GHz～29.5GHz定为LMDS频段。
     　　LMDS其实是在近年来逐渐发展起来的一种工作于10GHz 以上的频段、宽带无线点对多点接入技术，在某些国家， 如加拿大、南韩，也称之为本地多点通信系统LMCS(Local Multipoint Communication System)。
     　　普通的无线接入系统都是窄带系统，工作在450MHz、800MHz等，针对低速的语音和数据业务。而LMDS属于无线固定接入手段，它的最大特点在于其宽带特性，LMDS 工作在24～38GHz频段，一般在毫米波的波段附近，可用频谱往往达到1GHz以上。由于该技术利用高容量点对多点微波传输，通过毫米波进行传输，它几乎可以提供任何种类的业务，支持双向话音、数据及视频图像业务，能够实现从64kb/s到2mb/s，甚至高达155Mb/s的用户接入速率，具有很高的可靠性，被称为是一种"无线光纤"技术。
     　　LMDS系统可以提供高质量的话音服务，而且没有时延。系统可提供标准接口，如RJ-11等；
     　　LMDS的数据业务可以包括低速数据业务、中速数据业务和高速数据业务。具体速率可支持1.2K～155Mbps，并支持多种协议，包括：帧中继、ATM、TCP/IP等；并支持MPEG 2等标准。LMDS还可支持模拟和数字图像业务，可以的图像信道包括150条远程节目、10条本地节目，而且可以提供最少10条PPV节目信道。系统的信号可以来自卫星，也可以是本地制造；可以是加密的，也可以未加密的。
     　　由于LMDS具有更高带宽和双向数据传输的特点，可提供多种宽带交互式数据及多媒体业务，克服传统本地环路的瓶颈，满足用户对高速数据和图像通信日益增长的需求，因此是解决通信网接入网问题的利器，尤其是LMDS具备无线通信将有的优势，即：实施迅速、投资降低、可靠性高，因此为电信运营商开展业务、发展用户提供了高成效、低成本的有效方法。
     　　另外，LMDS除了具有带宽特性具有无线系统所固有的优点外，亦具有建设成本低，项目启动快，建设周期短，维护费用低等优点。
     　　此技术同时使宽带业务能够克服铜电缆本地环路的瓶颈，满足用户对高速因特网和数据通信日益增长的需求，因而有可能成为解决通信网最后里程问题和新电信运营商开展业务、发展用户的一种有效方法，颇受到电信业界人士的极大关注。
     　　看了以上的内容，大家可能对LMDS有了一个大概的了解了吧！下面就为大家详细介绍LMDS技术。
     
     LMDS的标准制定
     
     标准化是LMDS发展中越来越重要的问题。目前，有关标准化工作在ATM论坛、DAVIC、ETSI、 ITU等组织的工作下进行，大多数标准化组织都采用ATM信元作为基本无线传输机制。
     
     　　LMDS"本地多点分配业务"中各个词都有其自身的含义：所谓"本地"其实就是指单个基站所能够覆盖的范围，LMDS因为受工作频率电波传播特性的限制，单个基站在城市环境中所覆盖的半径通常小于5公里；"多点"是指信号由基站到用户端是以点对多点的广播方式传送的，而信号由用户端到基站则是以点对点的方式传送；"分配"是指基站将发出的信号（可能同时包括话音、数据及因特网、视象业务）分别分配至各个用户；"业务"是指系统运营者与用户之间的业务提供与使用关系，即用户从LMDS网络所能得到的业务完全取决于运营者对业务的选择。
     　　LMDS系统的组成
     　　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，完成话音交换、ATM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)。
     　　通常，LMDS设备厂商提供服务区的设备，包括基站系统、用户端设备以及网络运行中心的软件，而骨干网络，作为基础设施，由电信服务商建设。
     　　目前市场上，研制和生产LMDS设备的厂商多集中于北美，如P -COM公司、北方电讯、新桥网络等。设备厂商们对LMDS设备的深入研究，主要是源于北美国家对LMDS的浓厚兴趣，尤其是1998年3月FCC对频率许可证的公开拍 卖更掀起了LMDS热潮。
     　　下面就简单介绍LMDS的系统组成
     LMDS系统通常由四个部分组成：基础骨干网络、基站、用户端设备以及网管系统。
     　　A. 基础骨干网络
     　　基础骨干网络又称为核心网络。为了使LMDS系统能够提供多样化的综合业务，此核心网络可以由光纤传输网、ATM交换或IP交换或IP+ATM架构而成的核心交换平台以及与因特网(Internet)、公共电话网(PSTN)的互连模块等组成；
     　　B.基站
     　　基站直接进入电信骨干网络，或核心网络。由于LMDS直接支持ATM协议（无线ATM），通过使用无线ATM协议，可以使链路效率得到提高。
     　　基站负责进行用户端的覆盖，并提供骨干网络的接口，包括PSTN、Internet 、ATM、Frame Relay、ISDN等。基站实现信号在基础骨干网络与无线传输之间的转换。基站设备包括与基础骨干网络相连的接口模块、调制与解调模块及通常置于楼顶或塔顶的微波收发模块。基站是否包含本地交换功能是进行系统设计时应考虑的一个重要问题。
     　　如果基站包含本地交换功能，则与同一基站相连的不同用户之间的通信就不必再经过基础骨干网络，相应地也要求计费、信道管理、登录与鉴权等功能也在基站内完成。另一选择是基站仅提供与基础骨干网络的连接而不含本地交换功能，将所有的业务量都集中到基础骨干网络内的ATM或IP交换系统中处理，此时即使是同一基站内两个用户之间的通信也需经由骨干网络才能实现。此时，计费、信道管理、登录与鉴权与流量控制等功能都要集中完成。
     　　LMDS 系统的基站采用多扇区覆盖，使用在一定角度范围内聚焦的喇叭天线来覆盖用户端设备。除全向基站外，一个基站可支持多个扇区，如2、4、8个扇区，多扇区基站可以更有效地利用频谱，进一步扩大系统容量。
     　　LMDS系统根据采用天线的不同，可划分为15度、22.5度、30度、45度、60度、90度的扇区，即最少4个扇区，最多可达24个扇区。基站至用户端的下行链路采用TDM模式。
     　　基站的容量取决于以下技术因素：可用频谱的带宽、扇区数、频率复用方式、调制技术、多址方式及系统可靠性指标等，系统支持的用户数则取决于系统容量和每个用户所要求的业务。
     　　基站覆盖半径的大小与系统可靠性指标、微波收发信机性能、信号调制方式、电波传播路径以及当地降雨情况等许多因素密切相关。
     
     　　C.用户端设备
     　　用户端设备的配置差异较大，不同的设备供应商有不同的选择。一般说来都包括室外单元（含定向天线、微波收发设备）与室内单元（含调制与解调模块以及与用户室内设备相连的网络接口模块(NIU)）。通常，口径很小的室外定向天线，例如30公分的，室外定向天线用户端网络接口单元NIU就可以为各种用户业务提供接口，并完成复用/解复用功能，满足了无线链路预算的要求，因此安装方便。
     　　例如，P-COM公司的LMDS用户设备（CPE）的接口形式（NIU模拟）可以十分丰富，有E1、部分E1、POTS、10BaseT、帧中继、ATM、ISDN、64kb/s等，因此可以支持多种应用。
     　　无线收发双工方式大多数为频分双工(FDD)。下行链路，由基站到用户端设备一般通过时分复用(TDM)的方式进行复用；上行链路，多个用户端设备可通过时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)等多址方式与基站进行通信。FDMA对干大量的连续非突发性数据接入较为合适；TDMA则适于支持多个突发性或低速率数据用户的接入。LMDS运营者应根据用户业务的特点及分布来选取适合的多址方式。
     　　P-COM 可在同一系统同时提供FDMA和TDMA接入方式：TDMA接入方式提供按需分配带宽，FDMA接入方式使用于租用线服务。另外，P-COM可提供双模式远端站，即在一个远端站提供FDMA和TDMA接入方式，同时利用两种接入方式的优势。
     
     　　LMDS 系统可以采用的调制方式为相移键控PSK（包括BPSK、DQPSK、QPSK等）和正交幅度调输QAM（包括4QAM）。目前可以提供6QAM、16QAM等提高频道利用率的调制技术。下表给出的是选用FDMA多址接入方式时，利用不同的调制方式来传送2Mb/s的业务所需的频带宽度。
     　　不同调制方式所需频带宽度的比较：
     　　调制方式 传送2Mb/s的业务所需的频带宽度
     　　BPSK 2.8MHz
     　　DQPSK 1.4MHz
     　　QPSK 1.4MHz
     　　8PSK 0.8MHz
     　　4-QAM 1.4MHz
     　　16-QAM 0.6MHz
     　　64-QAM 0.4MHz
     　　这样，LMDS就可提供更高的扇区容量，使每扇区达200Mb/s。现在一个单独的P-COM LMDS网络容量已经可以超过4.8Gb/S。
     　　用户设备(CPE)的接口形式(NIU模块)可以十分丰富，包括DS0、POTS、10BaseT、结构化和非结构化DS1、帧中继、ATM、DS-3、OC-3等，因此可以支持多种应用。
     　　用户端设备可以设在大型单位中（如办公楼、医院、学校、企业）供许多用户共享，也可以置于小单位（如小公司或家庭办公室, 即所谓的SOHO---Small Office Home Office）以提供10BaseT数据、图像或电话业务。用户可以根据用户的具体位置与业务需求情况，配置合适的用户端设备。
     　　D.网管系统
     　　网管系统是负责完成告警与故障诊断、系统配置、计费、系统性能分析和安全管理等功能。与传统微波技术不同的是，LMDS系统还可以组成蜂窝网络的形式运作，向特定区域提供业务。当由多基站提供区域覆盖时，需要进行频率复用与极化方式规划、无线链路计算、覆盖与干扰的仿真与优化等工作。而在具体建设LMDS系统时，运营者可以根据市场定位、业务需求和自身网络条件，选用不同的系统设计方案。
     
     LMDS系统服务范围
     
     　　LMDS 属于无线访问的一种新的形式，可以采用LMDS蜂窝式的小区结构覆盖整个城域范围。典型的LMDS系统利用地理上分散的类似蜂窝的配置，为由多个枢纽发射机（或称为基地站）在一定小区范围的服务区管理用户群，每个发射机经点对多点无线键路与服务区内的固定用户通倍。每个蜂窝站的覆盖区为5～7km，若采用具有更高的发射功率、更强的接收灵敏度，可增加基站的覆盖范围，使覆盖范围达到10km以上。
     　　由于LMDS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，可以根据需要在该扇区提供特定业务或服务。如通过采用多扇区、先进的调制方式（如P-COM采用的64QAM）、不同极化等途径，可以进一步增加频谱利用率、提高网络容量。P-COM独到的自动发射功率控制（ATPC）技术，减少了多小区之间干扰，增加频率效率超过40％，更高效率地增大了地区LMDS系统的总容量。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。
     　　LMDS 的应用
     　　LMDS 可提供多种业务，可同时向用户提供话音、数据及视频综合业务，还可以提供承载业务，如蜂窝系统或PCS/PCN基站之间的传输等。
     　　1、话音业务
     LMDS 系统是一种高容量的点对多点微波传输技术，可提供高质量的话音服务；和传统的POTS业务相连，可实现PSTN主干网无线接入。
     　　2、数据业务
     　　LMDS 系统的数据业务包括低、中、高速 3 档：
     　　低速数据业务，1.2～9.6kb/s，能处理开放协议的数据，网络允许从本地接入点接到增值业务网；
     　　中速数据业务，9.6kb/s～2Mb/s，这样的数据接口通常是增值网络本地接点；
     　　高速数据业务，2～155Mb/s，BER 低于10-9。提供这样的数据业务必须有以太网和光纤分布数据接口。
     3、视像业务
     　　LMDS 能提供模拟和数字视频业务，如远程医宁、高速会议电视、远程教育、远程商业及用户电视、VOD等。
     　　建立LMDS系统的优势与其局限
     　　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) 工作频带宽、可提供宽带接入
     　　目前，各国分配的LMDS工作频带带宽至少有1000MHz，可支持的用户接入数据速率高达155Mb/s，能够满足广大用户对通信带宽日益增长的需求。
     　　 (2) 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LMDS系统的投资包括中心基站设备，用户端设备，网管系统和其他附加费用。由于LMDS是一种利用基站覆盖用户端设备的体制，所以在网络建设初期，服务商只需小部分投资建立一个配置较简单的基站，覆盖若干用户即可开始运营。而LMDS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。所以投资回收也很快。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。（未完待续）