??? 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,討論了3.5GHz固定無線接入系統結構并對該系統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生的巨大變化,在3.5GHz固定無線接入系統的競爭也更趨激烈。?

　　3.5GHz固定無線接入FWA(Fixed Wireless Access)系統采用點對多點微波技術。該系統在傳統的電路型無線通信技術中融合了IP數據通信技術,主要提供大容量的語音和數據業務接入,也可以為窄帶無線系統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可為用戶提供急需的接入服務,對解決“最后一公里”接入網" title="接入網">接入網的瓶頸問題,起到了有力的補充作用。因此具有廣泛的商業應用價值和發展前景。?

1 3.5GHz固定無線接入系統結構?

　　系統構成一般包括中心站(CS)、終端站(TS)和網管系統" title="網管系統">網管系統三大部分。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固定無線接入系統是一種點到多點的分布式系統，TS用戶通過用戶接口網絡(UNI)與單個的用戶終端(TE)或者一個用戶駐地網(CPN)相連,中心站(CS)通過業務節點接口(SNI)與外部網絡相連。系統結構如圖1所示。?

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??? (1)中心站(CS)?

　　中心站位于服務區中心,邏輯上可分兩個部分:中心控制站(CCS)和中心射頻站(CRS)。中心控制站是業務匯聚部分,并提供到網絡側的接口;網絡側的接口一般有STM-1、10/100Base-T、E3/T3、n×E1等接口。中心站覆蓋的服務區一般分為多個扇區,每個CRS對應一個扇區,每個扇區可以對一個或多個遠端站提供服務。CCS將來自各個扇區不同用戶的上行業務量進行匯聚復用,提交不同的業務節點;將來自不同業務節點的下行業務量分送至各個扇區。?

　　(2)終端站(TS)?

　　在3.5GHz固定無線接入系統中,終端站(TS)屬于遠端設備,設置在用戶駐地,為用戶提供系統的接入點并為用戶提供各種業務接口。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)?

　　接力站作為系統實現的可選項,用以轉發中心站和終端站之間的信號。RS天線可以采用扇區天線或小波束角定向天線。?

　　(4)網管系統?

　　3.5GHz固定無線接入系統一般采用基于圖形界面的網絡管理系統,系統可運行在Microsoft Windows NT或UNIX平臺上。用戶使用該系統可輕易地對網絡進行配置和管理。網管系統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 系統性能特性?

2.1 頻率使用?

　　根據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所用的頻率資源" title="頻率資源">頻率資源和相關頻率參數,其雙工方式為FDD,上行遠端站發射頻段為3399.50～3431.00MHz;下行基站發射頻段為3499.50～3531.00MHz;同一波道收發射頻頻率間隔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E_m(bit/s/Hz)不同,由以下公式給出:?

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??? 其中，M為調制階數,R為編碼率,r為濾波器滾降系數。調制效率隨著調制階數的增大而增大。但是實際工程中,外界干擾對系統性能的影響將急劇增加,會降低系統的性能,因而可根據需要采用自適應調制技術或者根據具體情況選擇調制方式。在一個扇區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,根據傳輸質量和傳輸覆蓋范圍,離基站近的區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,需要根據業務模式、技術成熟程度、性價比等來考慮。?

　　傳統的FDMA效率較低,但是目前出現的W-OFDMA以及動態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現已被IEEE 802.16 TG3標準確立為唯一的傳輸方式。動態FDMA技術根據業務量調整調制解調器的參數,動態分配每個頻分信道的帶寬,在兩個不同極化的扇區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碼分多址,CDMA主要應用在北美蜂窩標準IS-95、IMT-2000以及衛星通信等。CDMA的優點是容量大、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是發送端對所發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,易于實現帶寬動態分配,比較適合突發性較強的業務流量。但是TDMA抗互擾能力差，相鄰小區重復使用頻率受限制,因此系統容量低于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 扇區調制效率和容量計算?

　　系統在服務區范圍內,一般通過劃分多個扇區對頻率進行再用以提高系統容量,而扇區在不同部分根據實際情況例如鏈路距離采用不同的調制方式,這使扇區的不同部分有不同的調制效率，因此有必要計算整個扇區的平均效率。那么扇區的平均調制效率計算如下:?

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　　這里Σ是所有調制區域的加權。頻率再用率和扇區平均調制效率是通過具體規劃后得出的，而且需要經過多次反復規劃后才可確定,以實際規劃得出的值為準,這個數值是可以變動的,目的是使其最大扇區容量達到最大。?

　　固定無線接入網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×基站扇區數?

　　網絡容量=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?

　　目前全球寬帶網絡熱度空前高漲,各網絡運營商競相在各大市場構建寬帶IP城域網,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)?

　　光纖接入網有光纖到戶(FTTH)、光纖到大樓(FTTB)、光纖到路邊(FTTC)、光纖到小區(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據傳送,接入網常用的形式有ATM VP自愈網、ATM無源光網絡(APON)等,還有SDH環網等傳統技術。APON的優勢在于:它結合了ATM多業務、多比特率支持能力和PON透明寬帶傳送能力業務的接入非常靈活。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,因此不少公司均發展XDSL傳輸系統。?

　　(2)高速數字環路(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寬帶接入,滿足高數據通信需求,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)光纖同軸混合網絡(HFC)?

　　基于同軸電纜接入的HFC方式是在傳統同軸CATV技術基礎上發展起來的,利用頻分復用技術實現模擬電視、數字電視、電話和數據同時傳送。系統成本比光纖環路低,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務市場和CATV網使用。但是當前HFC都是單向的,要實現雙向通信,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務,包括話音、數據、圖像及多媒體等。可提供多種網絡接口,很容易與現存通信網絡透明互連。具有無線通信系統一般具有的優勢,如建設成本低、啟動資金較小、建設周期短、投資回收快、網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,具有許多獨特的優越性,具體如下:?

　　·工程項目建設方便、快捷?

　　無線系統與有線系統相比,很大的優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?

　　固定無線接入系統的投資包括中心基站設備、用戶端設備、網管系統和其它附加費用。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收支平衡。?

　　·業務擴展余地較大?

　　在網絡正式投入運營之前,往往很難準確推算用戶的業務需求發展情況,傳統接入網絡中,用戶對帶寬和新業務的不斷需求,往往使服務商深感頭疼。而3.5GHz固定無線接入系統的每個蜂窩的覆蓋可根據該蜂窩內業務量的增大劃分為多個扇區,亦可在扇區內增加信道。因此具有良好的可擴展性,使容量擴充和新業務提供都很容易,服務商可以隨時根據用戶要求,添加所需的設備,提供新的服務。?

　　·網絡運行、維護費用比較低?

　　這是無線系統自身固有的優勢。?

　　另一方面,3.5GHz固定無線接入系統也有其局限性:受服務區覆蓋范圍限制,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固定無線接入系統自身的特點決定它更適合于大城市的城區或其它人口比較稠密的地區;由于傳輸質量、距離受傳播環境影響大,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,特別是骨干網中密集波分復用等技術的引入,使得傳輸的容量大為提高,雖然接入網也得到了一定的發展,還存在著較大的瓶頸,因此3.5GHz FWA的出現將進一步滿足接入網發展的需要。?

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