??? 摘? 要: 當(dāng)前國家已經(jīng)啟動了3.5GHz固定無線接入" title="固定無線接入">固定無線接入系統(tǒng),討論了3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并對該系統(tǒng)所涉及的技術(shù)進(jìn)行分析,與其他的一些接入方式作了較詳細(xì)的比較。?
關(guān)鍵詞: 3.5GHz? 固定無線接入?
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??? 信息產(chǎn)業(yè)部已于2001年6～8月就重慶、武漢、南京、廈門和青島五城市的3.5GHz固定無線接入頻率和經(jīng)營許可進(jìn)行了招標(biāo)。現(xiàn)即將在全國32個城市進(jìn)行招標(biāo),預(yù)計3.5GHz固定無線接入的市場將于今年啟動。隨著電信格局即將發(fā)生的巨大變化,在3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)的競爭也更趨激烈。?
3.5GHz固定無線接入FWA(Fixed Wireless Access)系統(tǒng)采用點對多點微波技術(shù)。該系統(tǒng)在傳統(tǒng)的電路型無線通信技術(shù)中融合了IP數(shù)據(jù)通信技術(shù),主要提供大容量的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入,也可以為窄帶無線系統(tǒng)和移動基站提供回傳連接。對于不便鋪設(shè)光纜的用戶、相對分散鋪設(shè)光纜不經(jīng)濟(jì)的用戶以及對開通緊迫性很強的用戶,引入快速經(jīng)濟(jì)固定無線接入系統(tǒng)可為用戶提供急需的接入服務(wù),對解決“最后一公里”接入網(wǎng)" title="接入網(wǎng)">接入網(wǎng)的瓶頸問題,起到了有力的補充作用。因此具有廣泛的商業(yè)應(yīng)用價值和發(fā)展前景。?
1 3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?
系統(tǒng)構(gòu)成一般包括中心站(CS)、終端站(TS)和網(wǎng)管系統(tǒng)" title="網(wǎng)管系統(tǒng)">網(wǎng)管系統(tǒng)三大部分。中心站和終端站又分別可分為室內(nèi)單元(IDU)和室外單元(ODU)兩部分。3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)是一種點到多點的分布式系統(tǒng)，TS用戶通過用戶接口網(wǎng)絡(luò)(UNI)與單個的用戶終端(TE)或者一個用戶駐地網(wǎng)(CPN)相連,中心站(CS)通過業(yè)務(wù)節(jié)點接口(SNI)與外部網(wǎng)絡(luò)相連。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。?
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??? (1)中心站(CS)?
中心站位于服務(wù)區(qū)中心,邏輯上可分兩個部分:中心控制站(CCS)和中心射頻站(CRS)。中心控制站是業(yè)務(wù)匯聚部分,并提供到網(wǎng)絡(luò)側(cè)的接口;網(wǎng)絡(luò)側(cè)的接口一般有STM-1、10/100Base-T、E3/T3、n×E1等接口。中心站覆蓋的服務(wù)區(qū)一般分為多個扇區(qū),每個CRS對應(yīng)一個扇區(qū),每個扇區(qū)可以對一個或多個遠(yuǎn)端站提供服務(wù)。CCS將來自各個扇區(qū)不同用戶的上行業(yè)務(wù)量進(jìn)行匯聚復(fù)用,提交不同的業(yè)務(wù)節(jié)點;將來自不同業(yè)務(wù)節(jié)點的下行業(yè)務(wù)量分送至各個扇區(qū)。?
(2)終端站(TS)?
在3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)中,終端站(TS)屬于遠(yuǎn)端設(shè)備,設(shè)置在用戶駐地,為用戶提供系統(tǒng)的接入點并為用戶提供各種業(yè)務(wù)接口。可提供接口類型包括10Base-T、E1、n×64Kbps、FR、POTS或ISDN接口。?
(3)接力站(RS)?
接力站作為系統(tǒng)實現(xiàn)的可選項,用以轉(zhuǎn)發(fā)中心站和終端站之間的信號。RS天線可以采用扇區(qū)天線或小波束角定向天線。?
(4)網(wǎng)管系統(tǒng)?
3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)一般采用基于圖形界面的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng),系統(tǒng)可運行在Microsoft Windows NT或UNIX平臺上。用戶使用該系統(tǒng)可輕易地對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置和管理。網(wǎng)管系統(tǒng)的功能一般包括配置管理、性能管理、故障管理、安全管理及計費信息的收集等。?
2 系統(tǒng)性能特性?
2.1 頻率使用?
根據(jù)國家無線電管理局已頒布的3.5GHz 頻段地面固定無線接入系統(tǒng)所用的頻率資源" title="頻率資源">頻率資源和相關(guān)頻率參數(shù),其雙工方式為FDD,上行遠(yuǎn)端站發(fā)射頻段為3399.50～3431.00MHz;下行基站發(fā)射頻段為3499.50～3531.00MHz;同一波道收發(fā)射頻頻率間隔100MHz。?
2.2 調(diào)制方式和多址方式?
調(diào)制方式主要包括GFSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等。調(diào)制方式不同調(diào)制效率Em(bit/s/Hz)不同,由以下公式給出:?
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??? 其中，M為調(diào)制階數(shù),R為編碼率,r為濾波器滾降系數(shù)。調(diào)制效率隨著調(diào)制階數(shù)的增大而增大。但是實際工程中,外界干擾對系統(tǒng)性能的影響將急劇增加,會降低系統(tǒng)的性能,因而可根據(jù)需要采用自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)或者根據(jù)具體情況選擇調(diào)制方式。在一個扇區(qū)可以采用多個調(diào)制方式混合使用,其目標(biāo)是使得在任何一點都將采用盡可能高效的調(diào)制方式。也就是在一般情況下,根據(jù)傳輸質(zhì)量和傳輸覆蓋范圍,離基站近的區(qū)域可以使用比較高效的調(diào)制方式,距離大時采用更可靠的方式。?
常用多址技術(shù)有頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)。根據(jù)3.5GHz固定無線接入的一些特殊情況,具體采用那一種多址方式,需要根據(jù)業(yè)務(wù)模式、技術(shù)成熟程度、性價比等來考慮。?
傳統(tǒng)的FDMA效率較低,但是目前出現(xiàn)的W-OFDMA以及動態(tài)FDMA技術(shù)使得接入效率大為提高。OFDMA經(jīng)過串并變換到各個正交子載波上后,并行碼元信號周期遠(yuǎn)大于串行信息碼元周期,再加上保護(hù)間隔,使其能基本消除碼間干擾。因此與其他接入技術(shù)" title="接入技術(shù)">接入技術(shù)相同的高斯噪聲相比信道上能支持更高標(biāo)準(zhǔn)的干擾,而且在OFDMA時信道均衡非常容易,QPSK情況下不需均衡器。OFDMA現(xiàn)已被IEEE 802.16 TG3標(biāo)準(zhǔn)確立為唯一的傳輸方式。動態(tài)FDMA技術(shù)根據(jù)業(yè)務(wù)量調(diào)整調(diào)制解調(diào)器的參數(shù),動態(tài)分配每個頻分信道的帶寬,在兩個不同極化的扇區(qū)中使用同一頻率以提高頻率利用率。但是OFDMA對相位噪聲非常敏感,對同步和前端放大器的線性要求更加嚴(yán)格;動態(tài)FDMA對調(diào)制解調(diào)和ODU要求嚴(yán)格。?
CDMA主要基于擴(kuò)頻通信的基本原理,使得傳輸信息的信號帶寬遠(yuǎn)大于信息本身的帶寬,擴(kuò)頻碼采用正交碼或準(zhǔn)正交碼作地址碼實現(xiàn)碼分多址,CDMA主要應(yīng)用在北美蜂窩標(biāo)準(zhǔn)IS-95、IMT-2000以及衛(wèi)星通信等。CDMA的優(yōu)點是容量大、抗互擾能力強、信號功率譜密度低、相關(guān)特性好,CPE峰值功率和平均功率的比值小,但是當(dāng)PN碼正交性能欠佳或者干擾超過干擾容限時,性能將惡化，因此抗自擾能力相對欠缺。另外占用的信號頻帶寬,擴(kuò)頻后的帶寬遠(yuǎn)大于擴(kuò)頻前的信息;地址碼數(shù)量上的限制,對大容量的通信也有一定的限制,因此在頻率資源有限的情況下,將帶來不少的麻煩。?
TDMA是發(fā)送端對所發(fā)信號的時間參量進(jìn)行分割,形成許多互不重疊的時隙。因此抗自擾能力極佳,而且對時隙的管理和分配通常要比對頻率的管理和分配簡單又經(jīng)濟(jì),這樣TDMA也具有較大的信息傳輸能力,易于實現(xiàn)帶寬動態(tài)分配,比較適合突發(fā)性較強的業(yè)務(wù)流量。但是TDMA抗互擾能力差，相鄰小區(qū)重復(fù)使用頻率受限制,因此系統(tǒng)容量低于CDMA,且CPE峰值功率和平均功率的比值相對CDMA非常大,對同步要求也較高。?
2.3 扇區(qū)調(diào)制效率和容量計算?
系統(tǒng)在服務(wù)區(qū)范圍內(nèi),一般通過劃分多個扇區(qū)對頻率進(jìn)行再用以提高系統(tǒng)容量,而扇區(qū)在不同部分根據(jù)實際情況例如鏈路距離采用不同的調(diào)制方式,這使扇區(qū)的不同部分有不同的調(diào)制效率，因此有必要計算整個扇區(qū)的平均效率。那么扇區(qū)的平均調(diào)制效率計算如下:?
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這里Σ是所有調(diào)制區(qū)域的加權(quán)。頻率再用率和扇區(qū)平均調(diào)制效率是通過具體規(guī)劃后得出的，而且需要經(jīng)過多次反復(fù)規(guī)劃后才可確定,以實際規(guī)劃得出的值為準(zhǔn),這個數(shù)值是可以變動的,目的是使其最大扇區(qū)容量達(dá)到最大。?
固定無線接入網(wǎng)絡(luò)容量可以由以下公式給出:?
每個基站頻率資源=運營商可用頻率資源×頻率再用率×基站扇區(qū)數(shù)?
網(wǎng)絡(luò)容量=Σ(每個基站頻率資源×平均調(diào)制效率)?
3 與其他寬帶接入技術(shù)的比較?
目前全球?qū)拵ЬW(wǎng)絡(luò)熱度空前高漲,各網(wǎng)絡(luò)運營商競相在各大市場構(gòu)建寬帶IP城域網(wǎng),提供低廉的高速IP接入服務(wù),參與電信市場的競爭。而寬帶接入技術(shù)的種類也繁多,主要有以下幾種方式:?
(1)光纖接入方式(FTTX)?
光纖接入網(wǎng)有光纖到戶(FTTH)、光纖到大樓(FTTB)、光纖到路邊(FTTC)、光纖到小區(qū)(FTTZ)等多種形式。利用光纖傳輸介質(zhì),提供高帶寬、高可靠性和高抗干擾性的數(shù)據(jù)傳送,接入網(wǎng)常用的形式有ATM VP自愈網(wǎng)、ATM無源光網(wǎng)絡(luò)(APON)等,還有SDH環(huán)網(wǎng)等傳統(tǒng)技術(shù)。APON的優(yōu)勢在于:它結(jié)合了ATM多業(yè)務(wù)、多比特率支持能力和PON透明寬帶傳送能力業(yè)務(wù)的接入非常靈活。但是鋪設(shè)光纖相對投資較大、耗時較長,有些地方鋪設(shè)極為不便等問題,因此不少公司均發(fā)展XDSL傳輸系統(tǒng)。?
(2)高速數(shù)字環(huán)路(XDSL)技術(shù)?
基于XDSL技術(shù)的銅線接入技術(shù)適用于已有的電話基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò),通過2B1Q、CAP(無載波調(diào)幅調(diào)相)、DMT(離散多音)等頻帶編碼技術(shù),挖掘雙絞線高頻段帶寬的資源,通過帶寬倍增技術(shù)實現(xiàn)寬帶接入,滿足高數(shù)據(jù)通信需求,主要技術(shù)有ADSL、HDSL、VDSL等。VDSL的傳輸距離短,必須建立在FTTB基礎(chǔ)上,而ADSL線路較長,容易受外界干擾,造成速率波動。?
(3)光纖同軸混合網(wǎng)絡(luò)(HFC)?
基于同軸電纜接入的HFC方式是在傳統(tǒng)同軸CATV技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,利用頻分復(fù)用技術(shù)實現(xiàn)模擬電視、數(shù)字電視、電話和數(shù)據(jù)同時傳送。系統(tǒng)成本比光纖環(huán)路低,并有銅線及雙絞線無法比擬的傳輸帶寬,適合當(dāng)前模擬制式的高質(zhì)量視頻業(yè)務(wù)市場和CATV網(wǎng)使用。但是當(dāng)前HFC都是單向的,要實現(xiàn)雙向通信,其改造的費用非常高昂,難度也非常大。?
(4)LMDS技術(shù)?
LMDS工作在10GHz以上,可用頻帶寬,高達(dá)1GHz,可以承載幾乎任何通信業(yè)務(wù),包括話音、數(shù)據(jù)、圖像及多媒體等。可提供多種網(wǎng)絡(luò)接口,很容易與現(xiàn)存通信網(wǎng)絡(luò)透明互連。具有無線通信系統(tǒng)一般具有的優(yōu)勢,如建設(shè)成本低、啟動資金較小、建設(shè)周期短、投資回收快、網(wǎng)絡(luò)運行和維護(hù)費用低等特點。但是服務(wù)覆蓋范圍相對較小,一般為2～4km,不適合遠(yuǎn)程用戶使用(在同樣傳輸距離的情況下自由空間損耗比3.5GHz固定無線接入至少低12dB)。通信質(zhì)量受雨、雪等天氣影響較大,大暴雨還可能引起無線通信鏈路的中斷。?
(5)3.5GHz寬帶固定無線接入方式?
3.5GHz寬帶無線接入方式以蜂窩式覆蓋,半徑10km左右,適合各種用戶接入。3.5GHz固定無線接入和其他接入技術(shù)相比,具有許多獨特的優(yōu)越性,具體如下:?
·工程項目建設(shè)方便、快捷?
無線系統(tǒng)與有線系統(tǒng)相比,很大的優(yōu)勢在于工程的啟動與實施非常迅速。開通快,建設(shè)周期短,組網(wǎng)靈活,用戶終端設(shè)備簡單,投資省。尤其在大城市,有線工程往往要經(jīng)過市政等部門的審批,因為對道路、綠地等環(huán)境破壞較大,而且施工量大,要受到多種因素的制約。?
·一次性投資小,后期擴(kuò)容能力強,投資回收快?
固定無線接入系統(tǒng)的投資包括中心基站設(shè)備、用戶端設(shè)備、網(wǎng)管系統(tǒng)和其它附加費用。由于固定無線接入是一種利用基站覆蓋用戶端設(shè)備的體制,所以在網(wǎng)絡(luò)初期,只需小部分投資建立一個配置較簡單的基站,覆蓋若干用戶即可開始運營。隨著用戶數(shù)量的增加,可提高基站的配置,增加用戶端設(shè)備,逐步擴(kuò)容,逐步追加投資。這樣就可以有效地實現(xiàn)收支平衡。?
·業(yè)務(wù)擴(kuò)展余地較大?
在網(wǎng)絡(luò)正式投入運營之前,往往很難準(zhǔn)確推算用戶的業(yè)務(wù)需求發(fā)展情況,傳統(tǒng)接入網(wǎng)絡(luò)中,用戶對帶寬和新業(yè)務(wù)的不斷需求,往往使服務(wù)商深感頭疼。而3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)的每個蜂窩的覆蓋可根據(jù)該蜂窩內(nèi)業(yè)務(wù)量的增大劃分為多個扇區(qū),亦可在扇區(qū)內(nèi)增加信道。因此具有良好的可擴(kuò)展性,使容量擴(kuò)充和新業(yè)務(wù)提供都很容易,服務(wù)商可以隨時根據(jù)用戶要求,添加所需的設(shè)備,提供新的服務(wù)。?
·網(wǎng)絡(luò)運行、維護(hù)費用比較低?
這是無線系統(tǒng)自身固有的優(yōu)勢。?
另一方面,3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)也有其局限性:受服務(wù)區(qū)覆蓋范圍限制,不適合遠(yuǎn)程用戶使用;基站設(shè)備相對比較復(fù)雜,價格較貴,所以用戶少時,平均每用戶成本較高。3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)自身的特點決定它更適合于大城市的城區(qū)或其它人口比較稠密的地區(qū);由于傳輸質(zhì)量、距離受傳播環(huán)境影響大,所以在傳輸性能上與有線方式存在一定差距。?
信息產(chǎn)業(yè)部已將其列為國家“十五”計劃重點建設(shè)項目。為此,必須加快發(fā)展先進(jìn)的通信技術(shù),以提高信息傳播的速度。當(dāng)前,我國的通信基礎(chǔ)設(shè)施有了很大的改善,特別是骨干網(wǎng)中密集波分復(fù)用等技術(shù)的引入,使得傳輸?shù)娜萘看鬄樘岣?雖然接入網(wǎng)也得到了一定的發(fā)展,還存在著較大的瓶頸,因此3.5GHz FWA的出現(xiàn)將進(jìn)一步滿足接入網(wǎng)發(fā)展的需要。?
參考文獻(xiàn)?
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