LMDS技术：未来的“无线光纤”

LMDS技术：未来的“无线光纤”

2001 04 05

滕立波

　　【eNews专稿】随着Internet的迅速普及与多媒体技术的飞速发展，用户对带宽的要求愈来愈高，有线接入手段无法跟上发展的速度：传统的铜线电缆，已完全不能满足传输的要求，如果添加额外的调制和压缩设备，成本又往往是用户所不愿意负担的；全光缆网络是比较完美的解决方案，但对基础网络的要求过高，即使在发达国家也还需要一段时间才能实现；折衷的光纤电缆混合方案(HFC)在很多国家并不适合，因为光纤与电缆往往掌握在不同部门的手中，由于法规的限制及各自对利益的保护，混合使用难于实现。而随着无线通信技术的迅速发展，一种提供容量接近于有线光纤的新型无线通信技术异军突起，这就是本地多点分配业务——LMDS。

　　一、LMDS技术的含义

　　LMDS（Local Multipoint Distribute Service）——本地多点分配接入系统是一种崭新的宽带无线接入技术，1998年被美国电信界评选为十大新兴通信技术之一。由于该技术利用高容量点对多点微波传输，可以提供双向话音、数据及视频图像业务，能够实现从Nx64kbs到2mbps，甚至高达155Mbps的用户接入速率，具有很高的可靠性，号称是一种“无线光纤”技术。

　　LMDS“本地多点分配业务”中各个词都有其自身的含义。所谓“本地”其实就是指单个基站所能够覆盖的范围。LMDS因为受工作频率和电波传播特性的限制，单个基站在城市环境中所覆盖的半径通常小于5公里；“多点”是指信号由基站到用户端是以点对多点的方式传送的，而信号由用户端到基站则是以点对点的方式传送；“分配”是指基站将发出的信号（可能同时包括话音、数据及Internet、视频业务）分别分配至各个用户；“业务”是指系统运营者与用户之间的业务提供与使用关系，即用户从LMDS网络所能得到的业务完全取决于运营者对业务的选择。

　　LMDS工作在10GHz以上，一般在毫米波的波段附近，可用的带宽达到1GHz以上，几乎可以提供任何种类的业务，支持话音、数据和图像业务，并支持ATM、TCP／IP和MPEG 2等标准。由于LMDS具有更高带宽和双向数据传输的特点，可提供多种宽带交互式数据及多媒体业务，克服传统的本地环路的瓶颈，满足用户对高速数据和图像通信日益增长的需求，因此是解决通信网接入问题的利器。

　　二、LMDS系统结构

　　一个完善的LMDS网络是由四部分组成的：骨干网络、网络运行中心（NOC）、服务区中的基站系统和服务区中的用户端设备。各个基站的数据送入骨干网络，完成话音交换、ATM交换、IP交换等，并连入国际出口。为管理服务区的设备和用户，系统往往设立网络运行中心（NOC）。

　　通常，LMDS设备厂商提供服务区的设备，包括基站系统、用户端设备以及网络运行中心的软件，而骨干网络作为基础设施，由电信服务商建设。

　　基础骨干网络又称为核心网络。为了使LMDS系统能够提供多样化的综合业务，此核心网络可以由光纤传输网、ATM交换或IP交换或IP+ATM架构而成的核心交换平台以及与Internet、公共电话网（PSTN）的互连模块等组成。

　　基站直接进入电信骨干网络或核心网络。由于LMDS直接支持ATM协议（无线ATM），通过使用无线ATM协议，可以使链路效率得到提高。基站负责进行用户端的覆盖，并提供骨干网络的接口，包括PSTN、Internet、Frame Relay、ATM、ISDN等。基站实现信号在基础骨干网络与无线传输之间的转换。

　　基站设备包括与基础骨干网络相连的接口模块、调制与解调模块以及通常置于楼顶或塔顶的微波收发模块。

　　LMDS系统的基站采用多扇区覆盖，使用在一定角度范围内聚焦的喇叭天线来覆盖用户端设备。多扇区基站可以更有效地利用频谱，进一步扩大系统容量。LMDS系统根据采用天线的不同，可划分为15度、22.5度、30度、45度、60度、90度的扇区，即最少4个扇区，最多可达24个扇区。基站至用户端的下行链路采用TDM模式。

　　LMDS系统可以采用的调制方式为相移键控PSK（包括BPSK、DQPSK、QPSK等）和正交幅度调QAM（包括4-QAM）。目前可以提供6昂AQM、16QAM等大大提高频道利用率的调制技术。这样，LMDS就可提供更高的扇区容量，使每扇区达200Mbps。

　　用户端设备的配置差异较大，不同的设备供应商有不同的选择。一般说来都包括室外单元（含定向天线、微波收发设备）与室内单元（含调制与解调模块以及与用户室内设备相连的网络接口模块）。通常采用口径很小的室外走向天线用户端网络接口单元NIU为各种用户业务提供接口，并完成复用／解复用功能。

　　多个用户端设备可通过时分多址（TDMA）、频分多址（FDMA）等多址方式与基站进行通信。FDMA对干大量的连续非突发性数据接入较为合适，TDMA则适于支持多个突发性或低速率数据用户的接入。LMDS运营者应根据用户业务的特点及分布来选取适合的多址方式。

　　网管系统是负责完成告警与故障诊断、系统配置、计费、系统性能分析和安全管理等功能。与传统微波技术不同的是，LMDS系统还可以以组成蜂窝网络的形式运作，向特定区域提供业务。当由多基站提供区域覆盖时，需要进行频率复用与极化方式规划、无线链路计算、覆盖与干扰的仿真与优化等工作。

　　三、LMDS系统服务范围

　　LMDS属于无线访问的一种新的形式，可以采用LMDS蜂窝式的小区结构覆盖整个城域范围。典型的LMDS系统利用地理上分散的类似蜂窝的配置，为由多个枢纽发射机（或称为基地站）在一定小区范围的服务区管理用户群，每个发射机经点对多点无线键[eric3]路与服务区内的固定用户通信。每个蜂窝站的覆盖区为5～7km，若采用具有更高的发射功率、更强的接收灵敏度的发射机，可增加基站的覆盖范围，使覆盖范围达到10km以上。

　　由于LMDS覆盖区可相互重叠，每个蜂窝的覆盖区又可以划分为多个扇区，可以根据需要在该扇区提供特定业务或服务。如通过采用多扇区、先进的调制方式（如P－COM采用的64QAM）、不同极化等途径，可以进一步增加频谱利用率、提高网络容量。LMDS系统特别适于在高密度用户地区使用，如繁华的城市商贸区、技术开发区、写字楼群、城市居民小区等。

　　四、固定无线接入与LMDS技术的区别

　　3.5GHz固定无线接入与LMDS的本质区别在于空中接口部分：前者工作于3.5GHz附近；后者工作于10GHz以上频段。由于工作频段不同，决定了这两种技术在覆盖范围、系统容量、业务能力和适用范围方面的不同。

　　1．覆盖范围

　　从无线的工作原理来看，频率越高，信号随距离的衰耗就越快，衍射能力也降低，也就是说，绕过障碍物（如建筑、植物、雨滴等）的能力降低，这两方面的因素决定了两种技术不同的覆盖能力。3.5GHz固定无线接入技术覆盖范围一般可达10km，而LMDS的典型覆盖范围为3～5km，而且LMDS工作在毫米波波段，信号波长尺寸与雨滴大小可比，降雨对信号传输影响很大，雨衰严重。据统计，在降雨量25mm/小时时，LMDS信号衰减达8～15dB/km;而对于3.5GHz无线信号，其衰减低于0.1dB/km，因此LMDS不适用于降雨量大的地区，而3.5GHz固定无线接入则无此顾虎。另外，障碍物的影响对3.5GHz固定无线接入的影响要小一些，属于准视距传输；而LMDS的高工作频段决定了它的基站和远端站之间只能视距传输，不能有障碍物的阻隔。对于发展中的城市，新建筑物的频繁出现有可能影响LMDS的无线传输，给运营、维护带来困难，这也是网络组织过程中必须考虑的因素。

　　2．系统容量

　　频率越高，可用带宽也就越高。目前，我国为3.5GHz固定无线接入划分了30GHz×2的带宽，对LMDS虽然未划分频谱，但从国外频谱划分情况来看，可用带宽在1GHz以上。在采用相同调制技术的条件下，可用带宽的多少直接决定了系统容量的大小。另一个影响因素是频率重用系数，扇区波束角越小，服务区内划分扇区越多，频率重用的可能性就越高，相同频带宽度上可调制比特率就越高。LMDS一方面可用频带较宽，另一方面可采用极化复用方式来增加频率的重用性，因此系统容量较高；而3.5G固定无线接入可用频带较窄，多数设备不支持极化复用，因此系统容量比LMDS低。

　　3．业务能力

　　总的来说，3.5GHz固定无线接入和LMDS都可支持数据、语音等多种业务，但在可提供接入速率的能力上是不一样的。3.5GHz固定无线接入系统容量较低，因此用户端接口的速率也相对低一些，可提供接口类型包括10Base-T、E1、n*64kb/s、FR、POTS或ISDN接口。对于中国的电信运营商来说，目前发展3.5GHz无线接入可主要用于中小企业接入、无线到大楼、基站传输、中继服务、DDN、IP电话等。而LMDS由于系统容量很大，每个远端站可有限高（上百Mbps的数量级）的业务带宽，因此对CPN或CPE提供的业务颗粒也较大，LMDS一般在用户端可提供E1电路仿真、10/100Base-T、E1子速率等接口，对普通电话业务的支持一般要以E1电路仿真加PBX的方式来提供通道。

　　4．适用范围

　　从业务带宽和速率上看，3.5GHz无线接入系统主要用于向中小企业用户提供数据业务，侧重于中低速的数据服务。LMDS由于可提供的带宽资源巨大，系统容量大，可支持的业务主要面向商业用户和集团用户，适合于业务量集中、用户群集中的地区。

　　从系统成本上看，LMDS工作频率高，对器件的要求高，系统成本很大程度上决定于能否开发出低成本的28GHz收发信机。另外，由于覆盖范围小，用户数少，单用户分担的成本就较高。而3.5GHz固定无线接入技术成熟度高、技术难度小，因而设备成本较低，同时覆盖的用户数广泛，单用户分担的成本也就较低。

　　综合以上因素，3.5GHz固定无线接入适合于在某地区业务发展初期进行宽范围的一般覆盖；而LMDS适合于在业务量大且集中的小范围热点地区进行覆盖。两者点面结合，互为补充。