??? 摘? 要: 當前國家已經啟動了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)結構并對該系統(tǒng)所涉及的技術進行分析,與其他的一些接入方式作了較詳細的比較。?
關鍵詞: 3.5GHz? 固定無線接入?
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??? 信息產業(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營許可進行了招標。現(xiàn)即將在全國32個城市進行招標,預計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。該系統(tǒng)在傳統(tǒng)的電路型無線通信技術中融合了IP數(shù)據(jù)通信技術,主要提供大容量的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務接入,也可以為窄帶無線系統(tǒng)和移動基站提供回傳連接。對于不便鋪設光纜的用戶、相對分散鋪設光纜不經濟的用戶以及對開通緊迫性很強的用戶,引入快速經濟固定無線接入系統(tǒng)可為用戶提供急需的接入服務,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)應用價值和發(fā)展前景。?
1 3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)結構?
系統(tǒng)構成一般包括中心站(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(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)務節(jié)點接口(SNI)與外部網(wǎng)絡相連。系統(tǒng)結構如圖1所示。?
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??? (1)中心站(CS)?
中心站位于服務區(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)務匯聚部分,并提供到網(wǎng)絡側的接口;網(wǎng)絡側的接口一般有STM-1、10/100Base-T、E3/T3、n×E1等接口。中心站覆蓋的服務區(qū)一般分為多個扇區(qū),每個CRS對應一個扇區(qū),每個扇區(qū)可以對一個或多個遠端站提供服務。CCS將來自各個扇區(qū)不同用戶的上行業(yè)務量進行匯聚復用,提交不同的業(yè)務節(jié)點;將來自不同業(yè)務節(jié)點的下行業(yè)務量分送至各個扇區(qū)。?
(2)終端站(TS)?
在3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)中,終端站(TS)屬于遠端設備,設置在用戶駐地,為用戶提供系統(tǒng)的接入點并為用戶提供各種業(yè)務接口?？商峁┙涌陬愋桶?0Base-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)絡進行配置和管理。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">頻率資源和相關頻率參數(shù),其雙工方式為FDD,上行遠端站發(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 調制方式和多址方式?
調制方式主要包括GFSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等。調制方式不同調制效率Em(bit/s/Hz)不同,由以下公式給出:?
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??? 其中，M為調制階數(shù),R為編碼率,r為濾波器滾降系數(shù)。調制效率隨著調制階數(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)需要采用自適應調制技術或者根據(jù)具體情況選擇調制方式。在一個扇區(qū)可以采用多個調制方式混合使用,其目標是使得在任何一點都將采用盡可能高效的調制方式。也就是在一般情況下,根據(jù)傳輸質量和傳輸覆蓋范圍,離基站近的區(qū)域可以使用比較高效的調制方式,距離大時采用更可靠的方式。?
常用多址技術有頻分多址(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)務模式、技術成熟程度、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技術使得接入效率大為提高。OFDMA經過串并變換到各個正交子載波上后,并行碼元信號周期遠大于串行信息碼元周期,再加上保護間隔,使其能基本消除碼間干擾。因此與其他接入技術" title="接入技術">接入技術相同的高斯噪聲相比信道上能支持更高標準的干擾,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標準確立為唯一的傳輸方式。動態(tài)FDMA技術根據(jù)業(yè)務量調整調制解調器的參數(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格;動態(tài)FDMA對調制解調和ODU要求嚴格。?
CDMA主要基于擴頻通信的基本原理,使得傳輸信息的信號帶寬遠大于信息本身的帶寬,擴頻碼采用正交碼或準正交碼作地址碼實現(xiàn)碼分多址,CDMA主要應用在北美蜂窩標準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、相關特性好,CPE峰值功率和平均功率的比值小,但是當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,擴頻后的帶寬遠大于擴頻前的信息;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濟,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)務流量。但是TDMA抗互擾能力差，相鄰小區(qū)重復使用頻率受限制,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)調制效率和容量計算?
系統(tǒng)在服務區(qū)范圍內,一般通過劃分多個扇區(qū)對頻率進行再用以提高系統(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制方式,這使扇區(qū)的不同部分有不同的調制效率，因此有必要計算整個扇區(qū)的平均效率。那么扇區(qū)的平均調制效率計算如下:?
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這里Σ是所有調制區(qū)域的加權。頻率再用率和扇區(qū)平均調制效率是通過具體規(guī)劃后得出的，而且需要經過多次反復規(guī)劃后才可確定,以實際規(guī)劃得出的值為準,這個數(shù)值是可以變動的,目的是使其最大扇區(qū)容量達到最大。?
固定無線接入網(wǎng)絡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)絡容量=Σ(每個基站頻率資源×平均調制效率)?
3 與其他寬帶接入技術的比較?
目前全球寬帶網(wǎng)絡熱度空前高漲,各網(wǎng)絡運營商競相在各大市場構建寬帶IP城域網(wǎng),提供低廉的高速IP接入服務,參與電信市場的競爭。而寬帶接入技術的種類也繁多,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,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(APON)等,還有SDH環(huán)網(wǎng)等傳統(tǒng)技術。APON的優(yōu)勢在于:它結合了ATM多業(yè)務、多比特率支持能力和PON透明寬帶傳送能力業(yè)務的接入非常靈活。但是鋪設光纖相對投資較大、耗時較長,有些地方鋪設極為不便等問題,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?
基于XDSL技術的銅線接入技術適用于已有的電話基礎網(wǎng)絡,通過2B1Q、CAP(無載波調幅調相)、DMT(離散多音)等頻帶編碼技術,挖掘雙絞線高頻段帶寬的資源,通過帶寬倍增技術實現(xiàn)寬帶接入,滿足高數(shù)據(jù)通信需求,主要技術有ADSL、HDSL、VDSL等。VDSL的傳輸距離短,必須建立在FTTB基礎上,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(HFC)?
基于同軸電纜接入的HFC方式是在傳統(tǒng)同軸CATV技術基礎上發(fā)展起來的,利用頻分復用技術實現(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,適合當前模擬制式的高質量視頻業(yè)務市場和CATV網(wǎng)使用。但是當前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?
LMDS工作在10GHz以上,可用頻帶寬,高達1GHz,可以承載幾乎任何通信業(yè)務,包括話音、數(shù)據(jù)、圖像及多媒體等?？商峁┒喾N網(wǎng)絡接口,很容易與現(xiàn)存通信網(wǎng)絡透明互連。具有無線通信系統(tǒng)一般具有的優(yōu)勢,如建設成本低、啟動資金較小、建設周期短、投資回收快、網(wǎng)絡運行和維護費用低等特點。但是服務覆蓋范圍相對較小,一般為2～4km,不適合遠程用戶使用(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相比,具有許多獨特的優(yōu)越性,具體如下:?
·工程項目建設方便、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,建設周期短,組網(wǎng)靈活,用戶終端設備簡單,投資省。尤其在大城市,有線工程往往要經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備、用戶端設備、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備的體制,所以在網(wǎng)絡初期,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,增加用戶端設備,逐步擴容,逐步追加投資。這樣就可以有效地實現(xiàn)收支平衡。?
·業(yè)務擴展余地較大?
在網(wǎng)絡正式投入運營之前,往往很難準確推算用戶的業(yè)務需求發(fā)展情況,傳統(tǒng)接入網(wǎng)絡中,用戶對帶寬和新業(yè)務的不斷需求,往往使服務商深感頭疼。而3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)的每個蜂窩的覆蓋可根據(jù)該蜂窩內業(yè)務量的增大劃分為多個扇區(qū),亦可在扇區(qū)內增加信道。因此具有良好的可擴展性,使容量擴充和新業(yè)務提供都很容易,服務商可以隨時根據(jù)用戶要求,添加所需的設備,提供新的服務。?
·網(wǎng)絡運行、維護費用比較低?
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:受服務區(qū)覆蓋范圍限制,不適合遠程用戶使用;基站設備相對比較復雜,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。?
信息產業(yè)部已將其列為國家“十五”計劃重點建設項目。為此,必須加快發(fā)展先進的通信技術,以提高信息傳播的速度。當前,我國的通信基礎設施有了很大的改善,特別是骨干網(wǎng)中密集波分復用等技術的引入,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)將進一步滿足接入網(wǎng)發(fā)展的需要。?
參考文獻?
1 Jhong Sam Lee.CDMA Systems Engineering Handbook. Associates，Inc.1998?
2 Gray， D.A. Broadband wireless access systems at 28GHz: Lower infrastructure costs，faster time to market，CED，vol.22，no. 8，pages 46-8， 52， 54-6， Chilton Publications， July 1996.?
3 Mina Danesh，etc.Fixed Low-Frequency Broadband Wireless Acess Radio Systems.IEEE Communications Vol.39 September 2001?
4 Hossein Izadpan.A Millimeter-Wave broadband Wireless Access Technology Demonstrator for the Next-Generation Internet Network Reach Extension. IEEE Communications Vol.39 September 2001?
5 Dan Avidor etc.Hidden Issues in The Simulation of Fixed Wireless Systems.Wireless Network，7，2001