基于毫米波技术的LMDS系统

一、毫米波通信概述

按无线电波段的划分，波长在1-10mm之间（即频率在30-300GHz之间）的无线电波称为毫米波，有时把稍低于30GHz的无线电波也称为毫米波。毫米波波长较短，只适合视距通信。根据电波在自由空间传播损耗Ls=(4dπ/λ)2可知，波长越小，传播距离越短。例如，频率为30GHz的毫米波，在自由空间传播10km的损耗为142dB，而同样的损耗，5GHz的微波可以传播50km。实际上，微波在空中的传播，还会受到反射、折射、散射和吸收等因素的影响，从而增加传播损耗，特别在毫米波波段，引起的损耗更大。

毫米波由于存在传输距离短、易受环境因素影响、实现难度大等问题，所以过去很少应用。但是，毫米波直线视距传输效果好，容易实现同频频率复用，特别是毫米波波段谱比较空闲，频率高，系统可用频带可达1GHz以上，非常适合宽带通信网络的需要。

如今，通信网的承载业务迅猛发展，内容包括Internet访问、传输数据和图像、VOD（视频点播）及多媒体业务等，宽带化是人们对通信网的迫切需求。与有线接入网相比，无线接入网不但可以为固定用户服务，还可以为移动用户提供话音、图像、数据等接入服务，因此在近几年发展非常迅速。目前，无线接入网主要分为以下几种：（1）基于卫星通信网的无线接入技术，即利用卫星作中继，组成固定无线接入网或移动无线接入网，它的特点是覆盖面积大，对气候和传输距离不敏感；（2）基于移动通信网的无线接入技术，它是指通过改造原有蜂窝通信网，使其增加数据接入功能，如利用模拟蜂窝网的CDPD（分组数据交换）技术和GSM网的GRPS（通用分组无线服务）技术；（3）基于无绳电话系统的无线接入网，包括DECT系统、PHS系统等；（4）基于集群通信的无线接入网，它可以是固定网，也可以是移动网；（5）宽带无线接入网，例如MMDS（多路多点分配业务）和LMDS（本地多点分配业务），其中LMDS因为能提供宽带双向数据传输而得到迅速发展。

二、LMDS的概念

LMDS（Local Multipoint Distribute Service，本地多点分配业务）是一种崭新的宽带无线接入技术，属于固定无线接入的范畴。LMDS工作在毫米波波段，一般选择24-38GHz频段，频率高，可用频带可达1GHz以上，它的宽带特性有着诱人的应用前景，1998年被美国电信界评选为十大新兴通信技术之一。

LMDS最初的用途是在铺设线缆困难地段配送电视节目，全球第一个商用LMDS系统是由Cellular Vision公司在1991年设计完成的。与以前单向传输的MMDS（多路多点分配业务）相比，LMDS具有更高的带宽，支持双向传输，真正实现了交互式通信。由于毫米波在空间传播的损耗较大，所以LMDS业务覆盖面积比较小，覆盖半径一般为3-10km。

另外，LMDS系统支持多种协议或标准，如ATM、TCP/IP、帧中继、MPEG2标准等，能够提供包括RJ-11、以太网在内的多种标准接口，方便与其他系统互连。

LMDS系统带宽巨大，业务齐全，被称为“无线光纤”，比较适合在城区使用，在FTTH（光纤到户）还不可能马上实现的情况下，可为用户提供急需的宽带接入服务，是传统用户接入网的一种有力补充。由于LMDS所具有的宽带接入技术优势和潜在的商业应用价值，所以在短短几年中迅速发展起来。

三、LMDS系统组网技术

1、LMDS系统的构成

一般地，LMDS系统由基站、用户终端、网管系统和电信骨干网四部分构成。

其中，基站通过毫米波通信与各个用户终端连接，实现点对多点的业务配送。在实际应用中，LMDS系统通常采用类似于通信的蜂窝式配置方式，将服务范围划分为多个蜂窝式小区，每个小区由一个基站和多个用户终端组成，由于毫米波方向性较强，所以一个小区又可以划分为多个扇区，每个扇区可以根据用户要求提供不同的业务。LMDS系统蜂窝小区的覆盖面允许相互重叠，单个小区的覆盖半径一般为3-10km，若要增加小区基站的覆盖半径，可以采用加大通信收发天线口径、增加发射功率及改善接收灵敏度等方法。基站设备由多个扇区设备组成。每个扇区分室外单元（ODU）和室内单位（IDU）两部分。室外单元包括天线、微波收发模块；室内单元包括调制解调模块、网络接口模块。其中网络接口模块提供与电信骨干网的接口，如ATM、IP、帧中继、PSTN、ISDN等，并通过电信骨干网与Internet、VOD等业务服务供应商相连接。

用户终端可以是小区或家庭用户，同样由室外单元（ODU）和室内单元（IDU）组成。室外单元包括天线、微波收发模块；室内单元包括调制解调模块、用户接口模块。用户接口模块向用户提供各种网络接口，可通过机顶盒直接连接用户的电视机、计算机、电话机、摄像头等设备。

网管系统是整个LMDS系统的监控中心，负责完成网络配置、系统计费、安全管理及告警处理等功能。

2、LMDS系统的优势

作为一种固定无线接入技术，LMDS系统具有以下优点：1）可用频带宽，可达1GHz，比蜂窝通信系统（50MHz）、PCS系统（140MHz）、MMDS系统（140MHz）等的带宽高得多，支持高达155Mbit/s的数据传输速率，非常符合目前用户宽带接入的需要。2）可以承载几乎任何通信业务，包括话音、数据、图像及多媒体等。3）可提供多种网络接口，包括E1、FR、ISDN、ATM、10Base-T等，很容易与现存通信网络透明互连。4）若采用QPSK、16QAM或64QAM等调制方式，可进一步提高频道利用率，特别适用于城区高密度用户地区。5）基站和用户终端都采取模块化设计，设备配置灵活，具有良好的扩展性，其容量扩充和添加新业务方便、快捷，可根据用户的分布和需求，合理规划基站和扇区的配置，避免造成设备及资源的浪费。6）具有无线通信系统一般具有的优势，如建设成本低、启动资金较小、建设周期短、投资回收快、网络运行和维护费用低等特点。7）毫米波通信方向性好，性能稳定，受外界干扰较小。8）由于工作在毫米波波段，天线口径及射频前端设备体积可以做得很小，减少了设备的复杂性，这对用户端尤为重要。

3、LMDS系统的缺陷及组网注意问题

LMDS系统也存在局限性：1）由于毫米波传输距离短，LMDS系统业务服务覆盖范围较小，不适合远程用户使用。2）通信质量受雨、雪等天气影响较大，大暴雨还可能引起无线通信链路的中断。3）基站设备相对比较复杂，价格较贵，这一特点决定了LMDS系统只适合在人口稠密的城区建设。

在实际毫米波组网设计中，应想办法减少环境因素的影响。首先，在毫米波频率点选取时，要注意避开环境影响比较大的几个峰值频率点，例如，氧气的吸收损耗峰值频率点在60GHz，吸收损耗约为17dB/km，水蒸气的吸收损耗峰值频率点在166GHz，吸收损耗约为35dB/km。其次，当设计通信系统时，为增强接收效果，一方面努力增大接收系统的AGC动态范围，如选用动态范围大的运放等；另一方面可以采用分集技术。分集技术分为频率分集和空间分集两种方法。频率分集指采用两个或两个以上的频率，同时发送和接收同一信号，然后进行合成或选择的技术；空间分集是一种在垂直空间位置放置多副天线，同时发送或接收同一信号，并进行合成或选择的技术。空间分集的频谱利用率较高，分集效果也比较好，是毫米波通信中常用的一种方式，一般采用二重空间分集接收技术。

摘自《现代通信》