固定無(wú)線接入技術(shù)

5.固定無(wú)線接入技術(shù)5.1引言無(wú)線接入在接入網(wǎng)中的地位日趨重要，無(wú)線接入無(wú)需鋪線、組網(wǎng)快捷靈活，接入自由；根據(jù)用戶終端的可移性，無(wú)線接入分為固定無(wú)線接入和移動(dòng)無(wú)線接入；固定無(wú)線接入開(kāi)始用于密集住宅小區(qū)，對(duì)其他接入技術(shù)提出了挑戰(zhàn)；固定無(wú)線接入是新運(yùn)營(yíng)商進(jìn)軍接入網(wǎng)市場(chǎng)的一個(gè)切入點(diǎn)。5.2固定無(wú)線接入概述用戶終端到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)交換機(jī)之間的傳輸設(shè)施，局部或全部采用無(wú)線傳輸稱為無(wú)線接入。用戶終端位置固定的無(wú)線接入稱為固定無(wú)線接入。固定無(wú)線接入的特點(diǎn)是：用戶終端不具備移動(dòng)性；對(duì)某一特定地域的固定用戶提供接入；沒(méi)有越區(qū)切換和漫游的功能；工作頻率高，在微波波段；提供高的傳輸容量和多業(yè)務(wù)；5.1.LMDS(LocalMultipointDistributeService〕覆蓋3-5km,向密集小區(qū)或大廈提供高速無(wú)線接入2.MMDS〔MultichannelMultipointDistributeService〕覆蓋約50km,向城郊的分散用戶提供無(wú)線接入3.高軌衛(wèi)星接入典型的為DBS(DirectBroadcastSatellite〕，覆蓋廣闊的地域，為偏遠(yuǎn)地區(qū)的用戶提供無(wú)線接入。5.一般采用有中心的結(jié)構(gòu)，中心站稱為基站；中心站控制所有用戶站的接入，同時(shí)接入有線網(wǎng)；所有用戶站之間不能直接通信，必須通過(guò)基站轉(zhuǎn)發(fā)。如圖5-1所示。圖5-1固定無(wú)線接入網(wǎng)根本結(jié)構(gòu)5.固定寬帶無(wú)線接入標(biāo)準(zhǔn)802.16的開(kāi)展概況如下：1.802.16工作組1999年成立，制定本地/城域固定寬帶無(wú)線接入標(biāo)準(zhǔn)。分為3個(gè)小組：802.16.1小組：10GHz～66GHz頻帶無(wú)線接口開(kāi)發(fā)；802.16.2小組：寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)的共存；802.16.3小組：2GHz～11GHz頻帶無(wú)線接口開(kāi)發(fā)。2.2001年12月802.16標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布〔10～66GHz〕。3.2003年1月802.16a標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布〔2～11GHz〕。4.WiMAX聯(lián)盟，WiMAX〔WorldInteroperabilityforMicrowaveAccess〕推動(dòng)802.16系列標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的應(yīng)用及802.16產(chǎn)品的互連互通測(cè)試和認(rèn)證。5.802.16e研究802.16用戶在不同基站之間切換。協(xié)議詳細(xì)介紹如下：〔1〕802.16的頻段為10－66GHz，美國(guó)分配的頻段分為A段：27.5GHz～28.35GHz,29.1GHz～29.25GHz，31.075GHz～31.225GHz；B段：31．225GHz～31．3GHz。中國(guó)劃分的頻段為26GHz。其他國(guó)家為：24GHz，28GHz〔多數(shù)國(guó)家采用〕等。其技術(shù)特點(diǎn)：速率為155Mbps，蜂窩半徑為3－5km，需要視距傳輸，支持多業(yè)務(wù)和保證QoS。由于頻段高，需視距傳輸，芯片貴，開(kāi)展相對(duì)緩慢〔比當(dāng)初預(yù)期慢〕?！?〕802.16a的頻段為2－11GHz。其技術(shù)特點(diǎn)：速率為70Mbps，蜂窩半徑為30－50km，可超視距傳輸，支持多業(yè)務(wù)和保證QoS。應(yīng)用前景：WiMAX強(qiáng)力推薦，近期熱門(mén)；Intel等著名商家已投大量資金研制和生產(chǎn)支持802.16a的芯片；Intel與成都和大連簽署協(xié)議，搶先占領(lǐng)市場(chǎng)。由于頻段相對(duì)低，可超視距傳輸，實(shí)現(xiàn)相對(duì)容易，加上眾多著名商家的強(qiáng)力參與，開(kāi)展前景看好。802.16的協(xié)議模型如圖5-2所示。802.16的物理層的功能為：信號(hào)的調(diào)制解調(diào)，從無(wú)線信道上收發(fā)信號(hào)，信號(hào)的同步等。使用的雙工技術(shù)為頻分雙工FDD；多址技術(shù):采用FDMA和TDMA；主要調(diào)制技術(shù)采用QAM，802.16a規(guī)定采用OFDM。802.16的MAC層分為三個(gè)子層：業(yè)務(wù)會(huì)聚子層CS(ConvergenceSublayer)、MAC控制子層〔MACCommandPartSublayer〕和加密子層PS〔PrivacySublayer〕；MAC層功能為：提供面向連接的效勞、帶寬分配機(jī)制〔申請(qǐng)、輪詢等〕、沖突分解機(jī)制、尋址方式、分段與重組、接入認(rèn)證與數(shù)據(jù)加密。圖5-2協(xié)議模型5.3固定寬帶無(wú)線接入技術(shù)LMDS固定寬帶無(wú)線接入技術(shù)LMDS本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)，技術(shù)特點(diǎn)為：固定、雙向、無(wú)線、寬帶接入技術(shù)，采用點(diǎn)到多點(diǎn)微波傳輸技術(shù)，傳輸頻帶為微波范圍10GHz～66GHz，帶寬為1.3GHz，享有“無(wú)線光纖〞之稱，單基站覆蓋半徑3～5km，多址方式采用FDMA和TDMA，調(diào)制方式為QPSK、16QAM和64QAM，通信速率n×64Kbps～155Mbps，支持業(yè)務(wù)有話音、數(shù)據(jù)、視頻、多媒體綜合業(yè)務(wù)。LMDS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5-3所示。系統(tǒng)由用戶站和基站組成，通過(guò)傳輸網(wǎng)〔根底網(wǎng)〕連接到LMDS中心局，通過(guò)中心局連接到業(yè)務(wù)網(wǎng)；采用蜂窩小區(qū)結(jié)構(gòu)，一個(gè)小區(qū)一個(gè)基站；基站之間不切換；點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)結(jié)構(gòu)，上行信道多個(gè)用戶共享信道，需要某種信道訪問(wèn)機(jī)制。圖5-3LMDS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)LMDS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的基站位于蜂窩小區(qū)的中央，向用戶提供覆蓋，基站可不劃分扇區(qū)，也可劃分扇區(qū)；基站全向天線和用戶定向天線不劃分扇區(qū)，基站多個(gè)定向天線、各天線覆蓋一個(gè)扇區(qū)和用戶定向天線要?jiǎng)澐稚葏^(qū)；一般采用劃分扇區(qū)，相鄰扇區(qū)采用交叉激化方式，頻率可重復(fù)使用，增加系統(tǒng)容量；扇區(qū)角度劃分：150、22.50、300、450、600、900；對(duì)應(yīng)扇區(qū)數(shù)：24、16、12、8、6、4。圖5-4單扇區(qū)基站圖5-5多扇區(qū)基站LMDS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的用戶站設(shè)備包括天線、收發(fā)信機(jī)和網(wǎng)絡(luò)接口單元NIU。一個(gè)LMDS的用戶站可由多個(gè)用戶終端共享，如一幢樓的所有用戶終端，如圖5-6所示。圖5-6用戶站LMDS－技術(shù)特點(diǎn)：集中控制，便于用戶接入管理〔基站控制〕；上下行不對(duì)稱，下行帶寬為1GHz，上行為300MHz，特別適合Internet業(yè)務(wù)；提供QoS保證，根據(jù)業(yè)務(wù)QoS，申請(qǐng)并分配帶寬;全雙工通信，F(xiàn)DD實(shí)現(xiàn)上下行雙向通信，下行為T(mén)DMA方式，上行為FDMA和TDMA；系統(tǒng)容量大，帶寬大〔1.3GHz〕，提供容量大；可擴(kuò)容性強(qiáng)，可增加每個(gè)扇區(qū)的載波數(shù)〔最多可容納5個(gè)載頻〕，可增加扇區(qū)的數(shù)量，最多可劃分24個(gè)扇區(qū)。LMDS的主要影響因素為視距〔要求視距傳輸〕、雨衰〔雨天信號(hào)衰減大〕、樹(shù)木反射〔反射引起信號(hào)衰減〕、天線的高度〔高度低通信質(zhì)量差〕，采取的應(yīng)對(duì)措施：蜂窩交疊、保證天線高度、自動(dòng)功率控制、抗衰落的調(diào)制技術(shù)和過(guò)失控制技術(shù)提高通信可靠性。因此LMDS更適合于平原少雨的地區(qū)。LMDS的每個(gè)用戶站有一個(gè)48位的MAC地址，下行通信采用播送通信技術(shù)，各用戶站接收符合自己地址的信息，上行信道分為許多個(gè)時(shí)隙〔用于注冊(cè)、競(jìng)爭(zhēng)或傳輸數(shù)據(jù)等〕；各站在上行發(fā)送數(shù)據(jù)之前，向基站申請(qǐng)時(shí)隙數(shù)，由基站分配〔根據(jù)Qos按需分配)，各站在分配的時(shí)隙內(nèi)上傳數(shù)據(jù)；申請(qǐng)帶寬時(shí)可能會(huì)沖突，沖突后按二進(jìn)制指數(shù)退避；申請(qǐng)到帶寬后，傳數(shù)不會(huì)沖突。5.4衛(wèi)星接入技術(shù)衛(wèi)星接入是利用人造衛(wèi)星作為中繼站，實(shí)現(xiàn)地球上無(wú)線用戶之間、或移動(dòng)用戶到固定用戶之間的通信，如圖5-7所示。衛(wèi)星接入的用戶可移動(dòng)，天線指向衛(wèi)星，面狀天線的口徑越大，所需發(fā)射功越小。圖5-7衛(wèi)星接入衛(wèi)星接入的通信距離遠(yuǎn)、覆蓋范圍大、對(duì)接收站沒(méi)有特別的地理環(huán)境要求，特別適合偏遠(yuǎn)山區(qū)、農(nóng)村等地域；帶寬高、容量大，特別適合播送型業(yè)務(wù)；傳輸時(shí)延大，不同軌道的衛(wèi)星時(shí)延不同，適合的業(yè)務(wù)也有所不同。衛(wèi)星工作頻段范圍很大，目前衛(wèi)星通信使用的頻段主要在L、C、Ku、Ka波段，如表5-1。表5-1衛(wèi)星工作頻段波段名稱頻率范圍〔GHz〕用途L波段1.12～1.7移動(dòng)衛(wèi)星通信、海事衛(wèi)星業(yè)務(wù)C波段3.95～5.85固定衛(wèi)星、專用衛(wèi)星業(yè)務(wù)Ku波段12.4～18.0衛(wèi)星電視播送、移動(dòng)衛(wèi)星通信Ka波段26.5～40.0衛(wèi)星電視播送5.衛(wèi)星通信系統(tǒng)分為三種根本類型，GEO：Geo—StationaryEarthOrbit地球同步衛(wèi)星軌道，MEO：MediumEarthOrbit中地球衛(wèi)星軌道，LEO：LowEarthOrbit低地球衛(wèi)星軌道。GEO可稱為地球同步衛(wèi)星、高軌衛(wèi)星、靜止衛(wèi)星，離地距離35768km，與地球自轉(zhuǎn)同步，相對(duì)于地球靜止不動(dòng)；3顆衛(wèi)星就可覆蓋全球，單顆星覆蓋范圍廣，通信時(shí)不需更換衛(wèi)星，信道穩(wěn)定，由于距離遠(yuǎn)，時(shí)延很大，往返時(shí)延大于500ms；不適合傳輸實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，但適合播送電視業(yè)務(wù)或無(wú)時(shí)延要求的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，用于固定用戶的接入。如東方紅三號(hào)衛(wèi)星〔DFH-3〕，它是中國(guó)新一代通信衛(wèi)星，主要用于電視傳輸、播送、通信及數(shù)據(jù)傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)。衛(wèi)星上有24路C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器，效勞范圍有中國(guó)大陸、海南、臺(tái)灣及近海島嶼。MEO離地距離10352km，運(yùn)行方向與速度與地球自轉(zhuǎn)不同步，相對(duì)于地球是運(yùn)動(dòng)的，連續(xù)覆蓋同一地域需要多顆衛(wèi)星，一顆衛(wèi)星可以較長(zhǎng)時(shí)間覆蓋某個(gè)地域，大多數(shù)通信過(guò)程可能不需切換衛(wèi)星；時(shí)延較大，往返時(shí)延大于100ms，不太適合傳輸實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，但有時(shí)依然傳輸話音，有一定延時(shí)；主要用于軍事、海事等應(yīng)急通信，用于固定或移動(dòng)用戶的接入。運(yùn)行于中地球軌道的衛(wèi)星大都是導(dǎo)航衛(wèi)星，例如即將完成的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，GPS〔20,200km〕,格洛納斯系統(tǒng)〔19,100km〕以及伽利略定位系統(tǒng)〔23,222km〕。局部跨越南北極的通信衛(wèi)星也使用中地球軌道；中地球軌道的衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)周期在2至12小時(shí)之間；LEO離地距離1457km〔平均〕，運(yùn)行方向與速度與地球自轉(zhuǎn)不同步，相對(duì)于地球是運(yùn)動(dòng)的；連續(xù)覆蓋某一地域需要許多顆衛(wèi)星〔幾十上百〕，大多數(shù)通信過(guò)程可能需要切換多顆衛(wèi)星；時(shí)延較小，往返時(shí)延小于30ms，適合傳輸實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)及其他數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，最適合移動(dòng)用戶的衛(wèi)星接入方式。OBCOMM系統(tǒng)是由美國(guó)OrbitalSciences公司和加拿大Teleglobe公司共同提出的，是投入商用的小LEO系統(tǒng)。5.5直播衛(wèi)星DBS直播衛(wèi)星DBS是一種采用同步軌道衛(wèi)星作為通信鏈路，以大功率輻射地面某一區(qū)域，向用戶傳送信息的寬帶接入系統(tǒng)。上行鏈路為各運(yùn)營(yíng)商將有償信息加密上傳至衛(wèi)星，下行鏈路為衛(wèi)星將有償信息通過(guò)播送方式送回地面，由用戶接收，用戶必須安裝相應(yīng)運(yùn)營(yíng)商的解碼器后，方能對(duì)信號(hào)解碼；一般一個(gè)解碼器只能對(duì)一個(gè)頻道解碼。它的衛(wèi)星波束窄、功率大、用戶天線小、只需接收天線和解碼器就可接收信號(hào)；直播衛(wèi)星DBS是一種有償效勞，同時(shí)也是一種受管制的業(yè)務(wù)。5.5直播衛(wèi)星DBS的業(yè)務(wù)包括一下三種：〔1〕播送電視業(yè)務(wù)：業(yè)務(wù)提供商將電視信號(hào)加密上傳至衛(wèi)星，衛(wèi)星將各路加密信號(hào)復(fù)用下傳到一個(gè)地面覆蓋區(qū)，覆蓋區(qū)的用戶通過(guò)定向天線和特定解碼器接收信號(hào)?！?〕播送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：發(fā)送和接收過(guò)程與播送電視業(yè)務(wù)類似，用戶可以通