LMDS無線接入網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用-設(shè)計(jì)應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯LMDS無線接入網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用-設(shè)計(jì)應(yīng)用一、LMDS的概念LMDS是在近年來逐漸發(fā)展起來的一種工作于10GHz以上的頻段、寬帶無線點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)接入技術(shù)，在某些國家，如加拿大、南韓，也稱之為本地多點(diǎn)通信系統(tǒng)LMCS(LocalMultipointCommunicationSystem)。所謂“本地”是指單個(gè)基站所能夠覆蓋的范圍，LMDS因?yàn)槭芄ぷ黝l率電波傳播特性的限制，單個(gè)基站在城市環(huán)境中所覆蓋的半徑通常小于5公里；“多點(diǎn)”是指信號(hào)由基站到用戶端是以點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的廣播方式傳送的，而信號(hào)由用戶端到基站則是以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式傳送；“分配”是指基站將發(fā)出的信號(hào)（可能同時(shí)包括話音、數(shù)據(jù)及Internet、視頻業(yè)務(wù)）分別分配至各個(gè)用戶；“業(yè)務(wù)”是指系統(tǒng)運(yùn)營者與用戶之間的業(yè)務(wù)提供與使用關(guān)系，即用戶從LMDS網(wǎng)絡(luò)所能得到的業(yè)務(wù)完全取決于運(yùn)營者對(duì)業(yè)務(wù)的選擇。在不同國家或地區(qū)，電信管理部門分配給LMDS的具體工作頻段及頻帶寬度有所不同，其中大約有80%左右的國家將27.5GHz～29.5GHz定為L(zhǎng)MDS頻段。LMDS工作在24～38GHz頻段，一般在毫米波的波段附近，可用頻譜往往達(dá)到1GHz以上。由于該技術(shù)利用高容量點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)微波傳輸，通過毫米波進(jìn)行傳輸，它幾乎可以提供任何種類的業(yè)務(wù)，支持雙向話音、數(shù)據(jù)及視頻圖像業(yè)務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)從64kb/s到2mb/s，甚至高達(dá)155Mb/s的用戶接入速率，具有很高的可靠性，被稱為是一種“無線光纖”技術(shù)。目前，有關(guān)LMDS標(biāo)準(zhǔn)化工作在ATM論壇、DAVIC、ETSI、ITU等組織的工作下進(jìn)行，大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化組織都采用ATM信元作為基本無線傳輸機(jī)制。二、LMDS系統(tǒng)的組成一個(gè)完善的LMDS網(wǎng)絡(luò)是由四部分組成的：基礎(chǔ)骨干網(wǎng)絡(luò)、基站、用戶端設(shè)備以及網(wǎng)管系統(tǒng)。1．基礎(chǔ)骨干網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)骨干網(wǎng)絡(luò)又稱為網(wǎng)絡(luò)。為了使LMDS系統(tǒng)能夠提供多樣化的綜合業(yè)務(wù)，該網(wǎng)絡(luò)可以由光纖傳輸網(wǎng)、ATM交換或IP交換或IP＋ATM架構(gòu)而成的交換平臺(tái)以及與Internet、公共電話網(wǎng)(PSTN)的互連模塊等組成。2．基站基站直接進(jìn)入電信骨干網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)。由于LMDS直接支持ATM協(xié)議（無線ATM），通過使用無線ATM協(xié)議，可以使鏈路效率得到提高?；矩?fù)責(zé)進(jìn)行用戶端的覆蓋，并提供骨干網(wǎng)絡(luò)的接口，包括PSTN、Internet、ATM、幀中繼、ISDN等?；緦?shí)現(xiàn)信號(hào)在基礎(chǔ)骨干網(wǎng)絡(luò)與無線傳輸之間的轉(zhuǎn)換。基站設(shè)備包括與基礎(chǔ)骨干網(wǎng)絡(luò)相連的接口模塊、調(diào)制與解調(diào)模塊及通常置于樓頂或塔頂?shù)奈⒉ㄊ瞻l(fā)模塊。LMDS系統(tǒng)的基站采用多扇區(qū)覆蓋，使用在一定角度范圍內(nèi)聚焦的喇叭天線來覆蓋用戶端設(shè)備。基站的容量取決于以下技術(shù)因素：可用頻譜的帶寬、扇區(qū)數(shù)、頻率復(fù)用方式、調(diào)制技術(shù)、多址方式及系統(tǒng)可靠性指標(biāo)等，系統(tǒng)支持的用戶數(shù)則取決于系統(tǒng)容量和每個(gè)用戶所要求的業(yè)務(wù)。基站覆蓋半徑的大小與系統(tǒng)可靠性指標(biāo)、微波收發(fā)信機(jī)性能、信號(hào)調(diào)制方式、電波傳播路徑以及當(dāng)?shù)亟涤昵闆r等許多因素密切相關(guān)。3．用戶端設(shè)備用戶端設(shè)備的配置差異較大，不同的設(shè)備供應(yīng)商有不同的選擇。一般說來都包括室外單元（含定向天線、微波收發(fā)設(shè)備）與室內(nèi)單元（含調(diào)制與解調(diào)模塊以及與用戶室內(nèi)設(shè)備相連的網(wǎng)絡(luò)接口模塊。LMDS無線收發(fā)雙工方式大多數(shù)為頻分雙工(FDD)。下行鏈路，由基站到用戶端設(shè)備一般通過時(shí)分復(fù)用(TDM)的方式進(jìn)行復(fù)用；上行鏈路，多個(gè)用戶端設(shè)備可通過時(shí)分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)等多址方式與基站進(jìn)行通信。FDMA對(duì)干大量的連續(xù)非突發(fā)性數(shù)據(jù)接入較為合適；TDMA則適于支持多個(gè)突發(fā)性或低速率數(shù)據(jù)用戶的接入。LMDS運(yùn)營者應(yīng)根據(jù)用戶業(yè)務(wù)的特點(diǎn)及分布來選取適合的多址方式。LMDS系統(tǒng)可以采用的調(diào)制方式為相移鍵控PSK（包括BPSK、DQPSK、QPSK等）和正交幅度調(diào)輸QAM（包括4QAM）。目前可以提供6QAM、16QAM等調(diào)制技術(shù)。4．網(wǎng)管系統(tǒng)網(wǎng)管系統(tǒng)是負(fù)責(zé)完成告警與故障診斷、系統(tǒng)配置、計(jì)費(fèi)、系統(tǒng)性能分析和安全管理等功能。與傳統(tǒng)微波技術(shù)不同的是，LMDS系統(tǒng)還可以組成蜂窩網(wǎng)絡(luò)的形式運(yùn)作，向特定區(qū)域提供業(yè)務(wù)。當(dāng)由多基站提供區(qū)域覆蓋時(shí)，需要進(jìn)行頻率復(fù)用與極化方式規(guī)劃、無線鏈路計(jì)算、覆蓋與干擾的仿真與優(yōu)化等工作。三、LMDS系統(tǒng)的服務(wù)范圍LMDS可以采用蜂窩式的小區(qū)結(jié)構(gòu)覆蓋整個(gè)城域范圍。典型的LMDS系統(tǒng)利用地理上分散的類似蜂窩的配置，為由多個(gè)樞紐發(fā)射機(jī)（或稱為基地站）在一定小區(qū)范圍的服務(wù)區(qū)管理用戶群，每個(gè)發(fā)射機(jī)經(jīng)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無線鏈路與服務(wù)區(qū)內(nèi)的固定用戶通信。每個(gè)蜂窩站的覆蓋區(qū)為5～7公里，若采用具有更高的發(fā)射功率、更強(qiáng)的接收靈敏度，可增加基站的覆蓋范圍，使覆蓋范圍達(dá)到10公里以上。由于LMDS覆蓋區(qū)可相互重疊，每個(gè)蜂窩的覆蓋區(qū)又可以劃分為多個(gè)扇區(qū)，可以根據(jù)需要在該扇區(qū)提供特定業(yè)務(wù)或服務(wù)。如通過采用多扇區(qū)、先進(jìn)的調(diào)制方式、不同極化等途徑，可以進(jìn)一步增加頻譜利用率、提高網(wǎng)絡(luò)容量。LMDS系統(tǒng)特別適于在高密度用戶地區(qū)使用，如繁華的城市商貿(mào)區(qū)、技術(shù)開發(fā)區(qū)、寫字樓群、城市居民小區(qū)等。四、LMDS系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)與傳統(tǒng)的有線接入或者低頻段無線接入方式相比，LMDS具有以下優(yōu)勢(shì)：1．工作頻帶寬、可提供寬帶接入目前，各國分配的LMDS工作頻帶帶寬至少有1000MHz，可支持的用戶接入數(shù)據(jù)速率高達(dá)155Mb/s，能夠滿足廣大用戶對(duì)通信帶寬日益增長(zhǎng)的需求。2．運(yùn)營商啟動(dòng)資金較小，后期擴(kuò)容能力強(qiáng)，投資回收快在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，服務(wù)商只需小部分投資建立一個(gè)配置較簡(jiǎn)單的基站，覆蓋若干用戶即可開始運(yùn)營。運(yùn)營者所需的初期投資較少，僅在用戶數(shù)量增加即有業(yè)務(wù)收入時(shí)才需再增加資金投入，所以投資回收也很快。3．業(yè)務(wù)提供速度快LMDS系統(tǒng)實(shí)施時(shí)，不僅避免了有線接入開挖路面的高額補(bǔ)償費(fèi)，而且設(shè)備安裝調(diào)試容易、建設(shè)周期大大縮短，因此可以迅速為用戶提供服務(wù)。4．在用戶發(fā)展方面極具靈活性LMDS系統(tǒng)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(shí)根據(jù)用戶需求進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)或動(dòng)態(tài)分配系統(tǒng)資源，添加所需的設(shè)備，提供新的服務(wù)，也不會(huì)因用戶變化而造成資金或設(shè)備的浪費(fèi)。5．可提供質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的多種業(yè)務(wù)LMDS工作在毫米波波段、20~40GHz頻率上，被許可的頻率是24GHz、28GHz、31GHz、38GHz，其中以28GHz獲得的許可較多，該頻段具有較寬松的頻譜范圍，有潛力提供多種業(yè)務(wù)。LMDS的寬帶特性決定了它幾乎可以承載任何業(yè)務(wù)，包括話音、數(shù)據(jù)和圖像等業(yè)務(wù)。6．頻率復(fù)用度高、系統(tǒng)容量大LMDS基站的容量很可能超過其覆蓋區(qū)內(nèi)可能的用戶業(yè)務(wù)總量，因此，LMDS系統(tǒng)很可能是一個(gè)“范圍”受限系統(tǒng)而不是“容量”受限系統(tǒng)。所以LMDS系統(tǒng)特別適于在高密度用戶地區(qū)使用。五、LMDS系統(tǒng)的局限性LMDS系統(tǒng)有如下局限性：1．LMDS服務(wù)區(qū)覆蓋范圍較小，不適合遠(yuǎn)程用戶使用。LMDS采用無線通信單元來覆蓋半徑通常為2到5公里的地理區(qū)域。2．由于工作頻率高，通信質(zhì)量受雨、雪等天氣影響較大。LMDS系統(tǒng)單元的大小受"降雨衰減"效應(yīng)（rainfade）的限制。降雨衰減指的是雨滴對(duì)微波的散射和吸收所造成的信號(hào)失真，它與微波爐中性食品變熱的過程屬同一現(xiàn)象。此外，墻壁、山丘乃至枝葉茂盛的樹木也會(huì)阻擋和反射信號(hào)并使信號(hào)失真，從而對(duì)單臺(tái)發(fā)射機(jī)形成相當(dāng)大的陰影區(qū)。3．基站設(shè)備相對(duì)比較復(fù)雜，價(jià)格較貴，所以在用戶少時(shí)，平均每個(gè)用戶成本較高。LMDS自身的特點(diǎn)，決定它更適合于大城市的城區(qū)或其他人口比較稠密的地區(qū)。六、LMDS系統(tǒng)提供的業(yè)務(wù)LMDS系統(tǒng)可提供多種業(yè)務(wù)，可同時(shí)向用戶提供話音、數(shù)據(jù)及視頻綜合業(yè)務(wù)，還可以提供承載業(yè)務(wù)，如蜂窩系統(tǒng)或PCS/PCN基站之間的傳輸?shù)?。具體如下：1．話音業(yè)務(wù)LMDS系統(tǒng)是一種高容量的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)微波傳輸技術(shù)，可提供高質(zhì)量的話音服務(wù)；和傳統(tǒng)的POTS業(yè)務(wù)相連，可實(shí)現(xiàn)PSTN主干網(wǎng)無線接入。2．?dāng)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)LMDS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)包括低、中、高速3檔：低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，1.2～9.6kb/s，能處理開放協(xié)議的數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)允許從本地接入點(diǎn)接到增值業(yè)務(wù)網(wǎng)；中速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，9.6kb/s～2Mb/s，這樣的數(shù)據(jù)接口通常是增值網(wǎng)絡(luò)本地接點(diǎn)；高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，2～155Mb/s，BER低于10-9。提供這樣的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)必須有以太網(wǎng)和光纖分布數(shù)據(jù)接口。3．視頻業(yè)務(wù)LMDS能提供模擬和數(shù)字視頻業(yè)務(wù)，如遠(yuǎn)程醫(yī)療、高速會(huì)議電視、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程商業(yè)及用戶電視、VOD等。七、LMDS在有線電視網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用在CATV寬帶城域網(wǎng)的接入網(wǎng)中，固定無線接入技術(shù)雖不是主要的接入方式，但它是光纖接入方式必要有益的補(bǔ)充，在適當(dāng)情況下甚至可以完全替代光纖接入方式。在固定無線接入方式中，新興的LMDS接入技術(shù)與MMDS（多路多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)）和DBS（直播衛(wèi)星系統(tǒng)）接入技術(shù)相比，可提供更高的帶寬和更多的寬帶交互式業(yè)務(wù)。在擁有HFC網(wǎng)絡(luò)的城市和地區(qū)，利用已有的光纖網(wǎng)絡(luò)作為部署LMDS的網(wǎng)絡(luò)層（光纖骨干網(wǎng)絡(luò)）來連接各個(gè)LMDS基站。由于接入網(wǎng)方式終要實(shí)現(xiàn)光纖到樓（FTTB）、光纖到戶（FTTH），因此，LMDS憑借其優(yōu)勢(shì)完全可以充當(dāng)光纖接入網(wǎng)的的補(bǔ)充手段。通過光纖到小區(qū)、光纖到樓的接入方式連接LMDS基站，通過LMDS基站向覆蓋區(qū)內(nèi)的固定用戶提供各類寬帶交互式多媒體業(yè)務(wù)（包括各類窄帶業(yè)務(wù)）。在使用LMDS時(shí)，為了使帶寬不受限制，CATV網(wǎng)絡(luò)經(jīng)營者可以根據(jù)需要任意劃分使用頻段。假定有1100GHz，可將該頻寬中的500GHz用于數(shù)字廣播電視，600GHz用于雙向數(shù)據(jù)，即使采用QPSK方式調(diào)制，該頻寬也可提供所有的DBS廣播信道；達(dá)1Gb的全部雙向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，即提供比衛(wèi)星電視更豐富的電視節(jié)目，比銅軸電纜更多的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。CATV構(gòu)架起LMDS系統(tǒng)開始向用戶提供業(yè)務(wù)時(shí)，要考慮上下行鏈路采用何種設(shè)計(jì)方式。通常設(shè)計(jì)無線系統(tǒng)有三個(gè)主要的接入方式：時(shí)分多址（TDMA）、頻分多址（FDMA）和碼分多址（CDMA）。大多數(shù)廠商在提供LMDS下行鏈路的通信方式上都采用TDMA技術(shù)，而上行鏈路的通信方式可選擇TDMA技術(shù)和FDMA技術(shù)。LMDS成功的關(guān)鍵在于識(shí)別和服務(wù)于有潛在商業(yè)用戶的人口密集地區(qū)，非常適合在市（城）區(qū)使用。CATV寬帶城域網(wǎng)正是面向并服務(wù)于工商貿(mào)產(chǎn)業(yè)區(qū)集中、人口密集、覆蓋地域緊湊的市（城）區(qū)域，而LMDS又具備無線通信特有的優(yōu)勢(shì)，即：實(shí)施迅速、投資降低、可靠性高等特點(diǎn)，因此為CATV網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營者開展各類接入業(yè)務(wù)、發(fā)展寬帶用戶提供了高成效、低成本的有效方法，受到業(yè)界人士的廣泛關(guān)注。當(dāng)然，LMDS作為CATV接