我国LMDS标准技术有关情况介绍

恋々风

当前，随着电信市场的迅速发展，Internet业务的高速普及,核心网络的建设已具有相当规模，基本可满足目前通信的需要。而在接入网方面，仍存在突出的矛盾。接入网是影响通信网络面向宽带化、智能化、综合化发展的关键。LMDS本地接入技术，由于具有建设周期快、初期投资少、传输速率高、业务类型丰富的特点，近年来作为一种宽带接入技术发展很快。
   《中华人民共和国电信条例》的公布，给电信行业带来新的机遇。本地多点分配系统（LMDS）可提供在接入领域引入竞争的技术，满足目前缺少接入手段和资源的新兴电信企业的需求，是一项深受新的电信运营者欢迎的新技术。为规范LMDS业务的开放，信息产业部正在组织起草《接入网技术要求－本地多点分配系统（LMDS）》的标准，频率规划工作也正在进行。现就主要技术情况进行介绍。
   一、本地多点分配系统（LMDS）概述
宽带无线接入系统正成为无线电通信中的一个热点,是有线通信的重要补充手段, 本地多点分配系统（LMDS）由于使用频段高、传输容量大、实现手段灵活，提供多种业务接入手段将成为很有市场潜力的宽带无线接入方式。目前，我国运营商、生产厂商对此都表示了强烈的兴趣。
本地多点分配系统（LMDS）是一种点到多点的宽带固定无线接入技术。一般工作在10GHz～40GHz频段上。LMDS可用频带较宽，能够提供可靠的双向宽带数字通道，支持话音、数据、视频图像业务等多种业务和ATM、TCP/IP、MPEG2等标准，能够实现N×64kbit/s到2Mbit/s的用户接入速率。LMDS 系统容量大（155 Mbit/s ，仅次于光纤），能提供大量的电信业务和服务，同时兼具无线本地环路的所有优势。LMDS工作频段决定了它必须采用视距（LOS  Line Of Sight）传输，且距离一般不超过10公里。
本地多点分配系统（LMDS）的系统构成一般包括基站、远端站和网管系统三大部分，其中基站和远端站又分别可分为室内单元（IDU）和室外单元（ODU）两部分。室内单元提供与业务相关的部分，如业务的适配和汇聚；室外单元提供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，可以对一个或多个远端站提供服务。基站室内单元将来自于各个扇区不同用户的上行业务量进行汇聚复用，提交至不同的业务节点；将来自不同业务节点的下行业务量分送至各个扇区。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。
远端站设置在用户驻地，远端站室内单元可连接用户小交换机、路由器等用户驻地网设备，为用户终端提供PSTN、电路仿真、高速IP等业务。远端站室内单元将来自用户驻地网（CPN）的业务适配、汇聚，通过中频电缆传送到室外单元，并通过无线链路传送到基站；在相反方向，从下行业务量中提取本站业务，分送给用户。目前商用系统中，远端站一般提供EI接口、10BaseT（10兆以太网）接口视需要也可提供帧中继、ATM、ISDN等接口。E1接口与用户小交换机相连，对普通话音、ISDN提供支持。10BaseT接口用于与桥接器（HUB）或其他设备相连，提供数据业务。远端站也可以直接提供Z接口和ISDN接口。
基站和远端站的室外单元包括射频收发器和射频天线两部分。射频收发器将来自室内单元的中频信号进行上变频，调制到射频频带，通过射频天线进行发射；同时将射频信号下变频传送到室内单元，从而在基站与远端站之间建立双向通信通道。基站室外单元（ODU）和远端站之间的空中接口一般采用10GHz以上的频带，这决定了LMDS基站和远端站之间只能采用视距（LOS）传输。
LMDS系统的基站采用多扇区覆盖，使用在一定角度范围内的聚焦喇叭天线来覆盖用户端设备。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系统根据采用的天线的不同，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。从具体实现上看，90度角扇区天线居多。远端站射频天线为定向天线，定向接收来自本扇区天线的信号。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扇区半径一般为3～5km。
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。基站和远端站之间下行复用方式为TDM和FDM，上行多址方式为TDMA或FDMA。在业务量大、稳定、突发业务少的情况下，FDMA方式比TDMA方式更为有效，因为TDMA方式中MAC层（介质访问控制层）开销占用了一定比例的带宽，而在业务量呈现突发特性的情况下，TDMA方式比FDMA方式有效，可以实现灵活的带宽分配，统计复用。
       二、本地多点分配系统（LMDS）可支持的业务
由于LMDS远端站可提供的带宽资源大，LMDS可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。目前可提供的主要业务类型包括：
    LMDS的应用
    1.话音业务
    LMDS 系统可提供高质量的话音服务，即POTS（Plain Old Telephone Service），可实现PSTN主干无线接入。
    2.数据业务
    LMDS系统的数据业务包括低、中、高速三档：
    (1)低速数据业务，1.2～9.6kbit/s,能处理开放协议的数据，网路允许从本地接入点接到增值业务网；
    (2)中速数据业务，9.6kbit/s～2Mbit/s,这样的数据接口通常是增值网路本地接点；
    (3)高速数据业务，2～155Mbit/s,比特差错率（BER）低于1×10-9。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，如远程医疗、远程教育、高速会议电视、电子商务、VOD等。
           LMDS提供的用户业务
    LMDS可向个人用户和企业提供丰富的电信服务和应用：
   高速局域网、广域网互连；虚拟专网（VPN）；高速Internet接入；PSTN/ISDN；IP电话/IP传真；远程医疗、远程教育、远程购物、远程办公；会议电视；蜂窝系统内部的互连。
对于PSTN/ISDN 业务的支持一般通过向用户驻地的PSTN/ISDN小交换机提供E1电话中继的方式实现，也可通过提供IP电话的方式实现，还可以通过远端站室内单元的Z接口、U接口直接提供的方式实现。对于其他业务，可以针对不同的用户特点，提供不同的业务。例如对于商业用户，一般需要电话中继、Internet接入、IP电话虚拟专网、局域网互连、视频会议等业务；业务需求较大的高层住宅区，如高级公寓等，也是LMDS的潜在市场，除电话业务、高速上网等业务之外，还可以提供远程教育、远程医疗、远程购物以及交互式游戏等业务。
   三、本地多点分配系统（LMDS）的特点
综上所述，LMDS具有以下特点。
    1．LMDS在10GHz以上的频段上工作，这一频段的技术实现难度大，过去很少使用，频带较为宽松，可用频带至少1GHz，较适合宽带数据传输。
    2．在服务区内部，远端站和基站之间以全双工的方式进行通信，其中远端站的上行链路可采用TDMA、FDMA或者CDMA方式，目前多数设备采用TDMA和FDMA，下行链路则采用TDM或FDM方式。多址方式的选择与系统运营者的业务状况、业务发展策略和目标市场有关。对于企业用户，业务流量不大时，可以使用FDMA方式。对于突发性较强的业务流量，则选择TDMA方式。
    3．LMDS系统调制方式主要分为移相键控（PSK）和正交幅度调制（QAM），其中QAM主要采用4－QAM、16－QAM和64－QAM等。
    4．服务区内一般划分扇区，对射频进行再用，从而增加用户的可用带宽，通常采用正交极化的方式来减少相邻扇区之间的干扰。服务区内扇区数量的选择也是一个复杂的问题，扇区数越多，扇区之间越容易干扰，对天线的要求也越高。LMDS可以支持各种包括语音、图象和数据在内的各种带宽业务，适合有一定密度的小区和各种企业用户的需求。
    5．高工作频段受天气影响大，由于雨滴的大小与LMDS的波长尺寸可比，容易引起信号的散射，LMDS的覆盖距离也会因雨滴状态的改变而改变，因此在规划服务区时必须考虑降雨因素。
    6．需要视距传输，建筑物等各种环境因素对LMDS的影响较大。对于发展中的城市，新建筑物的出现有可能影响LMDS的无线传输，给运营、维护带来困难。
    四、我国本地多点分配系统（LMDS）标准的考虑
    由于LMDS技术尚处于发展的初级阶段，因此还有一些技术问题亟待解决。综合国际情况和设备情况，我们认为目前LMDS空中接口存在多种物理层和MAC层标准，难以达成统一。制定统一的空中接口标准的时机还未成熟。因此我国LMDS标准应密切跟踪国际标准化组织的研究动态，尽可能与国际标准同步。
   我国LMDS的标准包括：
   接入网技术要求－本地多点分配系统（LMDS）；
   接入网测试方法－本地多点分配系统（LMDS）。
    LMDS技术要求包括系统参考模型、接口要求、系统性能、业务支持能力、收发信机、网管和计费等几方面内容。
    对于空中接口的物理层，需规范一些最基本的要求，如扰码、前向纠错、调制、发送波形形成等。无线通信传输信道中存在的多径传播以及随机干扰，使得无线信道的传输特性比较恶劣，因此发送端一般采取RS编码加交织的方式，提高系统的纠错性能。
    在点到多点的系统中，若上行采用TDMA多址接入方式，多个远端站共享LMDS上行链路，不同的远端站存在不同的带宽需求和业务质量需求，因此系统应有一个功能强大的MAC协议，以完成时隙分配、带宽的动态分配、测距、以及对QoS的支持等。MAC协议要求对多个用户提供公平且高效的接入，保证接入延迟，信元时延变化，信元丢失率等参数尽可能小，MAC协议的选取同时还必须考虑协议实现的复杂度。
    制定规范的一个焦点就是要不要规定空中接口的协议层和物理层。如果能够实现不同厂商基站和远端站的互通，对运营企业在网络组织时选择设备是有很大好处的。但是，国际上现无统一的空中接口标准。从目前商用和正在试验的LMDS实际组网情况看，基站和远端站一般采用同一厂商的设备，回避了设备的互通互连问题。
   综合以上分析，LMDS技术要求应包括以下内容：
   1.系统参考模型
    对LMDS系统进行总体描述，包括系统组成、每个模块的功能和系统基本特点等。协议栈模型指出系统不同层次协议之间的关系。
    2.局端接口
    为了保证接入网设备和业务节点能够互通，应对局端接口进行规定。ATM 155M接口和E1等接口应符合我国的相关标准。
    3.用户端接口
    为了支持传统话音业务，要求设备用户端接口必须支持E1接口或Z、U接口。另外，设备还必须具有10BaseT接口以支持数据业务。
    4.空中接口
    对空中接口物理层提出基本要求，暂时对MAC层协议不做规定，仅进行功能性要求。待将来有统一的国际标准后，结合设备情况对MAC层进行补充。LMDS系统中，下行采用广播方式，势必存在用户的安全性和保密性问题。因此MAC协议应该具有支持安全性所必需的功能。
    5.调制方式和多址方式
    系统应支持单一调制，但也可以支持多种调制方式，并能通过网管系统进行配置。
    6.系统性能
    标准应对系统支持带宽、误码性能、同步性能、时延和可用性提出要求。误码性能按照我国接入网中误码性能的指标分配进行规定。
    7.收发信机和天线
    收发信机和天线特性应结合我国LMDS频谱分配情况进行规定。
    标准应对基站和远端站发送功率、接收机灵敏度、动态范围等提出要求。对基站和远端站天线的类型、增益、极化方式、杂散辐射、扇区天线波束角和抗多种干扰能力也要提出要求。此外，系统必需支持自动发送功率控制。
    8.网管性能
    系统网管应支持最基本的配置管理、性能管理、故障管理和安全管理。网管接口的规定应遵循接入网网管的统一要求。LMDS作为接入网设备的一种，对它的管理应纳入到将来的接入网集中维护监控管理的范畴之内。待将来接入网网管为LMDS定义了信息模型后，应按照接入网的网管要求进行。
   五、结束语
   宽带无线接入系统是今后网络发展的热点，它是解决接入瓶颈的一种出路，也是新兴电信运营商进入电信市场的一种快捷方法。在制定我国的LMDS标准时要结合国际标准，在加快制定我国的LMDS技术要求的同时，制定相应的测试方法。LMDS系统的空中接口要紧紧跟踪国际标准动态，结合技术的进步和业务的需求逐步开放，使LMDS在中国健康有序地发展。