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无线接入技术及标准化

浏览量: 时间:2018-06-08 09:52

 

  随着社会信息化的不断推进及通信技术快速发展,用户对信息业务的需求日益丰富,以互联网业务为代表的宽带多媒体数据业务正成为网络业务发展的主流。因此,构建宽带化、全业务、智能化的现代通信网络已成为大势所趋。而通信网络的宽带化不仅需要拓展广域干线网、城域网的带宽,而且也要解决好接入网的带宽问题。目前广域网、城域网的建设发展呈现出良好的趋势,并颇具规模。而作为网络建设的投资重点,传统的接入方式已成为网络进一步发展的瓶颈。实现接入网的数字化、光纤化、宽带化和综合化,满足用户对宽带多媒体通信接入的需求,已成为各方共同关注的热点课题。 

  在目前如光纤接入、XDSL、以太网接入和无线接入等新兴接入技术中,无线接入技术以投资少、建网周期短、提供业务快等优势已逐渐成为非常重要的接入方式。在无线接入领域中,固定无线接入正日益走向成熟,其应用步伐不断加快。而其中宽带固定无线接入技术又以其提供多媒体宽带业务等优势,倍受瞩目。  本文将对固定无线接入特别是宽带固定无线接入的技术特点、业务应用、标准化、频率规划等作一综述。 

   

  固定无线接入技术分类 

  固定无线接入(FWA-Fixed Wireless Access)习惯上也称无线本地环路(WLL),在一定的条件下,通过无线手段提供本地交换中心至固定或慢速移动用户终端的通信传输,但不提供局间漫游服务。 

  固定无线接入从传输带宽来看,可分为窄带无线接入、中宽带无线接入和宽带无线接入方式。数据速率小于64Kbit/s的为窄带无线接入,大于64Kbit/s小于2Mbit/s的为中宽带无线接入,大于2Mbit/s的为宽带无线接入。 

  1.窄带无线接入 

  目前在我国实际应用的固定无线接入系统主要是窄带无线接入系统,提供话音通信或传真等低速率数据业务,主要用于用户少、业务量小的农村地区或部分中小城市。按其采用的技术可分为:  1)模拟调频技术:一般工作在470MHz以下,采用FDMA技术,载频带宽小于25KHz,由于用户容量小,仅提供话音和低速率数据业务。  2)蜂窝通信技术:使用模拟蜂窝移动通信技术(如AMPS、TACS)和数字蜂窝移动通信技术(如DAMPS、GSM、IS-95等)组建无线接入通信系统,但不提供漫游功能。其工作频段一般为800/900MHz和1.9GHz,适用于高业务量的城市地区。  3)数字无绳电话技术:如欧洲的DECT、日本的PHS制式的一种低功率微蜂窝无线技术,适用于建筑物内部或单位区域内提供专用无线接入,也适用于公用通信运营商在业务量集中的地区提供小范围公共无线接入。 

      

  2.中宽带无线接入技术 

  中宽带无线接入系统的传输速率在64Kbit/s与2Mbit/s之间。一般工作在3.5GHz或10GHz频段,多址方式可采用TDMA、CDMA方式。中宽带无线接入系统由中心站、终端站和网络管理系统组成。在局端中心站至少支持提供V5、ATM、E1、以太网10BASE-T/100BASE-X接口中一种。终端站能提供ISDN、POTS以及E1等接口。  中宽带无线接入系统的传输速率不超过2Mbit/s,从用户需求的长远发展来看,这种无线接入技术将很难满足用户日益增长的对互联网宽带综合多媒体业务传输的需要,因此,今后,仍要向大于2Mbit/s的宽带无线接入方向发展。 

   

  3.宽带无线接入技术 

  宽带无线接入系统是基于分组交换结构,是一种点对多点工作方式,由一个中心站和许多用户站组成。LMDS--本地多点业务分配系统,是一种典型的宽带无线接入系统。它基于MPEG技术发展而来。它通过基站将基带信号调制为射频信号发射出去,在其覆盖区域内的用户站设备接收并将射频信号解调为基带信号,实现数据双向对称高带宽无线传输。它可提供基于IP的VPN、远程医疗、远程教育等宽带电信业务和应用等。 

  中宽带无线接入技术 

  我国目前分配3400MHz~3600MHz的2*30MHz频率资源作为FDD方式的中宽带固定无线接入系统使用,主要用于向城市中光缆接入有困难的用户提供中、高速数据通信和话音通信服务以及用低成本提供农村和小城镇中、低速数据通信和较大容量话音服务。因此近期在我国可能应用的中宽带无线接入系统为3.5GHz固定无线接入系统。它采用点到多点的微波技术,可以解决低、中速数据接入和互联网接入,也可以作为话音、数据一体化接入解决方案,适用于最终用户和中、小型商业用户,也可作为移动通信基站间的连接手段提供基站和基站控制器之间的传输。 

  1.3.5GHz固定无线接入系统的频谱规划范围 

  目前我国FDD方式固定无线接入系统的工作频段为:终端站发射频段:3400MHz~3430MHz;中心站的发射频段:3500MHz~3530MHz;同一波道的接受频率和发射频率间的射频频率间隔为100MHz。主要用于提供交换局至用户终端的电话接入、数据接入或互联网接入,但不提供局间漫游。目前C频段卫星扩展频段通信系统与3.5GHz固定无线接入系统共用此2*30MHz频段。 

  2.业务应用 

  3.5GHz固定无线接入可以基于电路交换方式、ATM方式、IP方式或组合方式提供面向连接业务和面向非连接业务。而无论采用何种方式,均应具备相应的QoS机制保证业务的正常运行。其中面向连接的业务主要针对传统电路交换方式的业务或以电路仿真方式提供的业务,包括普通电话业务、ISDN、N*64Kbit/s和E1电路承载业务等。面向非连接的业务针对基于IP方式的应用,如:IP电话、因特网接入、局域网互联和VPN等。 

  3.系统组成 

  3.5GHz固定无线接入系统由中心站、终端站和网管系统组成。在特殊情况下,中心站和终端站间可以通过接力站进行中继。中心站进行业务汇聚,并提供与网络侧的接口,同时提供基带信号的射频收发功能。终端站 使用小波束角定向天线。终端站在上行方向上将来自用户终端或用户驻地网的业务适配、汇聚,通过无线链路传送到中心站;在下行方向上提取本站的业务,分配给终端用户。网管系统完成设备基本的配置、故障、性能和安全管理以及计费信息的采集。3.5GHz固定无线接入系统下行复用方式有TDM、FDM等,上行多址方式可采用TDMA、CDMA等,系统可采用不同下行复用/上行多址方式的组合。系统的调制可采用各种不同的方式, 

  4.标准化进程 

  标准是产业发展的前导。为促进3.5GHz固定无线接入系统的使用,信息产业部组织相关单位进行标准制定工作。目前标准起草工作进展顺利,在各方的共同努力下,基本完成了标准草案的起草工作。 

  标准起草的一个原则是既要规范设备制造,保证网络接口互通和业务互通,同时也要有利于技术的灵活采用,促进无线接入技术的快速发展。本着这个原则,标准主要对3.5GHz固定无线接入系统的系统参考模型、工作频段和波道配置、接口要求、系统性能、无线收发设备要求、性能要求、网管等进行规范。系统的工作频段按无线电频率管理部门的规定要求。波导配置可采用多种配置方案:1.75MHz,3.5MHz,7MHz,14MHz。系统的局端接口、用户端接口应根据目前网络的情况灵活提供各种接口,如ATM、V5、以太网接口、ISDN、E1等。在空中接口方面,在目前情况下,暂时不对空中接口的协议栈作规定。对系统的无线收发设备要求包括邻道/同道干扰,发射功率和发射频谱,接收机动态范围和接收机门限电平,天线要求等。标准还对同步要求、性能要求和网络管理要求作出相应的规定。 

  宽带无线接入技术 

  LMDS系统是目前备受关注的宽带无线接入系统。作为新兴的宽带接入技术,LMDS为"最后一公里"的宽带接入和交互式多媒体应用提供经济和便捷的解决方案,因此号称为一种"无线光纤"接入技术。 

  1.LMDS固定无线接入系统的频谱规划范围 

  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。目前我国尚没有正式分配LMDS系统的正式工作频段。经主管部门批准,使用24/26GHz及38GHz两个频谱块,在11城市进行了技术试验。对LMDS系统设备的技术特点如降雨对LMDS系统性能的影响等进行了测试,积累了一定的经验。最终主管部门将根据技术试验的结果并综合考虑多种因素确定LMDS宽带无线接入的频率分配。 

  2.业务应用 

  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:高质量的话音服务,即POTS(Plain Old Telephone Service),可实现PSTN主干无线接入。LMDS系统还提供数据业务,数据业务包括低、中、高速三档:低速数据业务,1.2~9.6Kbit/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, 9.6Kbit/s~2Mbit/s,这样的数据接口通常是增值网络本地节点;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。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。 

  3.系统组成 

  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。室内单元是与提供业务相关的部分,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。基站实现信号在网络业务节点和无线传输之间的转换。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。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。 

  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。远端站一般提供丰富的接口形式: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,也可以直接提供Z接口和ISDN接口。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。 

  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。 

  基站到远端站下行链路可通过TDM和FDM复用方式;上行链路多址方式为TDMA或FDMA。在业务量大、稳定、突发少的情况下,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。运营商应根据用户业务特点及分布选取合适的多址方式。 

  LMDS可采用多种调制方式,如相移键控PSK(包括可以有BPSK、DQPSK、QPSK、8PSK等)和正交幅度调制QAM(包括4-QAM、16-QAM、64-QAM等)。 

  4.标准化进程 

  我国宽带固定无线接入的标准将重点对系统总体性能、与发射有关的技术规范(如频谱的框架、杂散发射、功率、频率容差、频谱利用系数等)、接口规范(局端接口、用户端接口和空中接口)、网络管理等提出要求。为了保证无线接入系统和业务节点、用户终端能够互通,应对局端接口和用户端接口进行规定。无线接入系统应支持ATM155M接口和E1等接口,在用户端支持E1接口或Z、U接口。另外,设备还须具有10BaseT等以太网接口。 

  一个比较重要的问题是空中接口规范的制定。如果统一规定空中接口的物理层和MAC层规范,实现不同厂家之间基站和远端站的互通,那么对于运营商在网络组织时选择设备是十分有利的。但目前国际上不存在一个统一的空中接口标准,而且固定无线接入系统与移动通信系统不同,不需要支持终端的漫游。因此从促进技术发展和业务应用的角度考虑,目前不制定统一的空中接口规范,而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,同时结合设备情况对MAC层进行补充。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。发送端一般采取RS编码加交织的方式,以提高系统的纠错性能。 

  为解决下行链路广播方式所造成的用户安全性和保密性问题,空中接口协议应该具有支持安全性所必需的功能。 

  系统可支持单一调制,但也可以支持多种调制方式,并能通过网管系统进行配置。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。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,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。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。 

  ISM频段内无线接入技术