浅析LMDS多点分配接入技术(二)

周志敏

　　编者按：上一篇文章《浅析LMDS多点分配接入技术(一) 》我们介绍了LMDS技术的含义、LMDS系统结构、典型LMDS系统构成本文将重点介绍LMDS技术应用尚待解决的问题以及LMDS工程设计应考虑的因素。

4.LMDS技术应用尚待解决的问题

4.1制定频率规划

　　LMDS技术在中国正处于试验阶段，无线电管理机构（信息产业部无线电管理局）尚未正式分配LMDS工作频段。除了参考试验结果外，频率规划的制定必须兼顾国内外相关的技术规范和今后新兴的业务需求。因此，我们需要一种符合国际规范和中国国情的频率规划规范。

4.2无线网络规划可行性

　　LMDS的信号传播特性，使得网络规划时必须保证基站与终端天线之间的视通（Line-Of-Sight），并能经得起天气变化的考验。因此实际工程实施中的站址选取、电平储备（特别是雨衰）、覆盖效果及系统可靠性就需严格的网络规划及链路预算来确保可行。

　　目前，众多LMDS设备供应商正积极开拓中国市场，各自都有一套解决方案。如何全面、客观、严格地评估网络规划方案，是一个切实的问题。纵观国内LMDS市场，还没有权威的网络规划机构，也缺少专业的分析手段，迫切需要一种成熟而可靠的网络规划规范。

4.3载波带宽

　　根据YD/T 1186-2002《接入网技术要求-26GHz LMDS本地多点分配系统》的规定，LMDS系统的载波带宽可以选择3.5MHz、7MHz、14MHz和28MHz，选择哪种载波带宽主要是根据业务需要而定，不同的载波带宽除了可支持业务的能力不同外，还会影响到传输性能上的差异及制造成本上的不同，应根据实际需要从多个方面进行权衡。以14MHz和28MHz两种载波带宽进行比较时，如果两个产品均在QPSK调制方式下比较，14MHz可支持16Mbps传输净速率，而28MHz可支持32Mbps传输净速率，若在16QAM方式下比较，则14MHz可支持36Mbps传输净速率，28MHz可支持52Mbps传输速率，当单个远端站接口需要的业务速率高于40Mbps时，当然采用28MHz/16QAM方式的产品是合适的，但值得注意的是，如果载波带宽采用28MHz，但只能工作在QPSK方式下，那么14MHz/16QAM与28MHz/QPSK两者在业务速率上是相同的，在14MHz/16QAM和28MHz/QPSK两种方式上权衡可以考虑的因素大致如下：

　　单载波28MHz带宽与频谱规划的关系；在LMDS系统商用试验期间，运营商可获得的频率资源约2×56MHz，在2×56MHz可用带宽条件下，基站扇区之间及小区之间的频谱规划可以有两种方式：

　　①载波带宽14MHz的频谱规划；将56MHz带宽分为4个载频F1，F2，F3，F4，将4个载频分为2个载频组，即F1F3或F2F4，相邻扇区采用不同载频组。在一个基站内载频组可以复用。

　　②载波带宽28MHz的频谱规划；56MHz带宽只能支持2个载频工作，相邻扇区采用不同载频，在一个基站内载频可以复用。

　　在频谱规划方面，到底采用14MHz载波好些，还是采用28MHz载波好些，一个直观的评估是，28MHz载波带宽其接收机滤波器的噪声带宽必然比14MHz载波带宽其接收机滤波器的噪声带宽要大一倍，无论在抗同频干扰，还是抗邻频干扰的能力上必然也要差，根据国外一些知名公司的研究报告分析，在LMDS系统的频谱规划中，为了解决同城域不同运营商之间的邻频干扰问题，建议两个运营商在相邻载频上，各自留出14MHz的保护带以支持28MHz载频带宽的业务应用，这就充分说明了应用28MHz载频带宽对频谱规划所带来的影响。

　　当然，在保证门限电率恶化1dB的条件下，同频信干比与邻频信干比的指标是与制造商的发射频谱及接收滤波器指标密切相关的，针对每个制造商的LMDS产品实际测试指标去进行频谱规划设计才是可靠的。

5.LMDS工程设计应考虑的因素

　　在进行LMDS系统工程设计时，应多方面考虑，设计工作的基本思想在于如何自适应地为用户提供最高的频带利用率，可靠的通信质量，提供更多的业务，降低建设成本，提高企业效益

　　LMDS系统设计应考虑的主要工程因素有：通信距离、频率重用与扇区细化、雨衰影响、多址访问方式等。

5.1业务支持与带宽分配

　　从用户业务的角度，LMDS系统必须支持ATM和TDM等业务的接入，能够支持话音、数据等各种业务；能够提供复杂的系统处理，以充分利用现有的带宽。LMDS带宽的分配基于QoS参数（CBR、VBR等），在下行链路上，每个带宽分配基于ATM－ QoS优先级；在上行链路上，远端监视站监视业务的排队情况，根据需求申请带宽，主站对申请进行排队处理，通过高速MAC空中接口规范对带宽进行分配。在QPSK、16QAM、64QAM三种调制模式中，混合调制是一种可以充分利用带宽、优化覆盖和容量、降低系统初期投资的调制方式。在工程设计时，必须考虑提供高阶的调制、动态的调制匹配和带宽管理；提供特别的调制解调器、动态输出功率控制和性能卓越的天线。选择合适的调制解调器，能够减小频谱的旁瓣，实现扇区的邻频道复用；动态输出功率控制要求选用能保持所需链路的最佳发射电平，从而减小载干比，有利于频率复用；天线卓越的旁瓣和背瓣特性，也可以起到频率复用作用。

5.2通信距离

　　LMDS系统通信距离的大小，受诸多因素影响。例如雨衰、可用度（系统一年中连续工作比例）、误码率、扇区角度、系统的工作频率、信号调制方式等。

5.2.1衰落

　　①阻挡衰落；阻挡衰落是指由于电波传播路径不满足余隙标准而带来的附加衰减，在LMDS系统应用环境下，造成余隙不够的主要因素是建筑物阻挡，例如：在26GHz频段，2kM路径按0.6F1（F1：第一菲涅尔区半径）设计，在路径中点的余隙应大于或等于2.4米，这个余隙标准不仅针对从建筑物顶部电波穿越时要得到保证，而且包括从建筑物边缘（楼间）穿越时也应有足够的余隙。

　　当余隙小于0.6F1时将出现阻挡衰减，衰减的大小取决于余隙的尺寸和阻挡物的物理形状，阻挡衰减势必使衰落储备降低，虽然在LMDS系统应用中由于空中传输距离较小，平衰落引起的中断问题可以不予考虑，但衰落储备的降低必定使降雨带来的不可用性指标恶化，在LMDS系统传输设计和工程实施中应引起足够重视。

　　②多径衰落；由于工作在26GHz的LMDS系统大多是在城市环境中应用，传输距离短，建筑物对26GHz频率的信号反射衰减较大（约20dB以上），因此，多径引起的衰落现象对不可用性指标带来的影响很小，可以不予考虑。

　　③降雨衰减；由于LMDS系统工作在26GHz频段，其波长与雨滴尺寸相近，因此，由于降雨对电波引起的吸引和散射将使信号经受衰减，这种衰减呈现非选择性能和缓慢的时变特性，是导致信号劣化，影响系统可用性的主要因素，国际电信联盟对降雨的影响已进行了深入研究，在ITU-R P.837建议中，将地球分为15个降雨气候区，分别以大写字母A到Q来表示，每一降雨区是以与它相关的降雨强度统计来表证，并给出了对应不同降雨强度所发生的时间概率。遵照ITU-R P.838建议，可以针对工作频率、极化和降雨率计算比衰减（dB／Km）和有效路径长度（这是考虑到在整个传输段长度上降雨强度不是均匀分布的缘故），进而可以针对衰落储备值Ft计算出在一定传输距离下，降雨衰减超出Ft的时间百分数P，或反之，根据雨衰特性及Ft求出在保证P值一定的情况下可用的通信距离是多少。必要时，还可以根据在ITU-R P.841建议，从长期百分数P变换到最坏月份百分数Pu。在考虑LMDS因雨衰引起的不可用性指标时，时间百分数P即为不可用性指标。

　　雨衰影响是LMDS系统设计必须予以考虑的重要因素。这是因为微米波的波长与雨点的直径在同一数量级，因此抗雨衰性能差。

5.2.2可用度和误码率；LMDS系统的可用度和误码率指标由运营商根据实际需要决定。可用度与误码率成反比，误码率越低则可用度越高。一般讲，LMDS系统可调扇区角度为15°～90°，每个扇区支持带宽为200Mbit/s，每个用户最大可用带宽为40Mbit/s，因此当基站采用15°扇区、360°扇区覆盖时，一共24个扇区可支持的总带宽为4.8GHz。扇区角度大小的选择根据所需覆盖的区域大小决定。

设备对系统不可用性的影响：

　　设备的可靠性通常用“平均故障间隔时间”MTBF来表征，在评估设备对系统不可用性影响时，还需考虑维护组织的有效性及设备的可维护性水平，他们决定了当系统出现故障时所需的平均修复时间（用MTTR表征）的长短，以大唐无线通信公司的R3000 LMDS系统为例，说明由于设备特性所引入的不可用性指标如下：

MTBF=20万小时；

MTTR=2小时（因LMDS系统应用于城市环境，交通方便，基站各部件可热插拔，CPE按模块化设计，网管系统完善）则；

设备的不可用性=[100-（MTBF×100/MTBF+MTTR）]×100%=0.1% ；

　　在R3000 LMDS系统中，基站是有冗余设计的（主控板、ATM复用板、电源系统、调制单元、上下变频单元及ODU均可按1+1或N+1冗余配置）。但在所有点对多点的LMDS系统产品中，这些冗余设计均是有损伤切换的，对可用性的改善度主要体现在MTTR中，冗余对外部馈电系统故障及雨衰中断不起任何作用。

　　5.2.3频率重用与扇区细化；LMDS系统的频率重用，可以采用加隔离带或交叉极化隔离的办法。采用加隔离带会引起保护隔离带资源的浪费，所以一般采用交叉极化隔离的办法。在交叉极化隔离中，要求天线前后隔离度大于40dB，交叉极化隔离度大于30dB。扇区细化一般是出于扩大网络容量考虑，P-COM公司提供的扇区等级有15°、22.5°、30°、45°、60°、90°几种。

　　5.2.4多址访问；多址访问LMDS系统采用的多址访问技术主要有TDMA和FDMA两种机制，TDMA通过统计复用的方式动态分配带宽的性能，特别适合于突发性很强的IP数据业务，但TDMA经过多层打包，开销较大。因此，在工程设计中，要根据实际业务需要，将TDMA和FDMA两种机制结合起来灵活选用。

　　5.2.5关于调制方式；多数LMDS系统产品采用QPSK（或4QAM）和16QAM自适应调制方式，部分产品仅使用QPSK（或4QAM）一种调整方式，大唐无线通信公司的R3000 LMDS系统采用了QPSK和16QAM自适应调制技术及RS前向纠错，接收机门限在BER=10-9时分别是－77dBm／16QAM和-83.3dBm／QPSK，两种调制方式在系统参数相同的情况下，衰落储备差6.3dB，有人认为从抗雨衰能力的角度出发，16QAM技术并不可取，这种看法是片面的，因为，对一个特定的降雨区要求可用性指标达到99.99%时，最大通信距离必然是按QPSK调制方式下估算的，如果同样在这个距离上使用16QAM调制方式时，可用性指标将劣化到95%，这就意味着LMDS系统可以在95%的时间内可以工作在16QAM方式下，也就是在95%的时间内在14MHz带宽上可传输16Mbps速率信号，仅在5%的时间段因降雨调整到QPSK方式下工作，此时，在14MHz带宽上仅可传输16Mbps速率信号，相比之下，单纯采用QPSK（或4QAM）调制方式的系统，在同样距离上99.99％的时间，在14MHz带宽上，都只能传输16Mbps速率信号，两者的优劣自然是十分清楚的。当然上面在16QAM方式下的可用性数据仅是一个设计期望值，实际情况会因不同气候区而异，大唐无线通信公司的R3000LMDS系统16QAM与QPSK自适应转换的判决区间是SNR=（16～25）dB。 在考虑到16QAM与QPSK两种调制方式下，传输速率相差一倍的因素时，凡具有这种性能的LMDS系统对用户业务的QoS保证应有相应的策略。有的LMDS系统设计时， 规定了一个载波允许IP业务应用的带宽上限，其他带宽用于最高优先级的专线业务，有的LMDS系统设有安排IP业务的带宽上限，在这种情况下，网络规划时需要小心，即当以专线业务为主的应用时，其可用带宽应以QPSK方式下的传输速率为依据，或当即有专线业务，又有IP业务时，可以在一个载波上，按QPSK条件下安排一定的专线业务带宽，在16QAM条件下，按COS等级为不同用户的IP业务分配带宽，如果专线业务带宽不足，或承诺带宽业务较多时，可通过增加扇区载波数量的方法予以解决。当然，在不同降雨区，业务带宽分配策略可以灵活运用。【未完待续】

摘自　赛迪网