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3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)技術(shù)分析
摘要：當(dāng)前國(guó)家已經(jīng)啟動(dòng)了3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)，討論了3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并對(duì)該系統(tǒng)所涉及的技術(shù)進(jìn)行分析，與其他的一些接入方式作為較詳細(xì)的比較。關(guān)鍵詞：3.5GHz 固定無線接入
信息產(chǎn)業(yè)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(jīng)營(yíng)許可進(jìn)行了招標(biāo)�，F(xiàn)即將在全國(guó)32個(gè)城市進(jìn)行招標(biāo)，預(yù)計(jì)3.5GHz固定無線接入的市場(chǎng)將于今年啟動(dòng)。隨著電信格局即將發(fā)生的巨大變化，3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)也更趨激烈。
3.5GHz固定無線接入FWA（Fixed Wireless Access）系統(tǒng)采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)微波技術(shù)。該系統(tǒng)在傳統(tǒng)的電路型無線通信技術(shù)中融合了IP數(shù)據(jù)通信技術(shù)，主要提供大容量的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入，也可以為窄帶無線系統(tǒng)和移動(dòng)基站提供回傳連接。對(duì)于不便鋪設(shè)光纜的用戶、相對(duì)分散鋪設(shè)光纜不經(jīng)濟(jì)的用戶以及對(duì)開通緊迫性很強(qiáng)的用戶，引入快速經(jīng)濟(jì)固定無線接入系統(tǒng)可為用戶提供急需的接入服務(wù)，對(duì)解決“最后一公司”接入網(wǎng)的瓶頸問題，起到了有力的補(bǔ)充作用。因此具有廣泛的商業(yè)應(yīng)用。價(jià)值和發(fā)展前景。
1 3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)構(gòu)成一般包括中心站（CS）、終端站（TS）和網(wǎng)管系統(tǒng)三大部分。中心站和終端站又分別可分為室內(nèi)單元（IDU）和室外單元（ODU）兩部分。3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)是一種點(diǎn)到多點(diǎn)的分布式系統(tǒng)，TS用戶通過用戶接口網(wǎng)絡(luò)（UNI）與單個(gè)的用戶終端（TE）或者一個(gè)用戶駐地網(wǎng)（CPN）相連，中心站（CS）通過業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口（SNI）與外部網(wǎng)絡(luò)相連。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
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（1）中心站（CS）
中心站位于服務(wù)區(qū)中心，邏輯上可以分兩個(gè)部分：中心控制站（CCS）和中心射頻站（CRS）。中心控制站是業(yè)務(wù)匯聚部分，并提供到網(wǎng)絡(luò)側(cè)的接口；網(wǎng)絡(luò)側(cè)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(wù)區(qū)一般分為多個(gè)扇區(qū)，每個(gè)CRS對(duì)應(yīng)一個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)可以對(duì)一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)端站提供服務(wù)。CCS將來自各個(gè)扇區(qū)不同θ用戶的上行業(yè)務(wù)量進(jìn)行匯聚復(fù)用，提交不同的業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)；將來自不同業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)的下行業(yè)務(wù)量分送各個(gè)扇區(qū)。
（2）終端站（TS）
在3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)中，終端站（TS）屬于遠(yuǎn)端設(shè)備，設(shè)置在用戶駐地，為用戶提供系統(tǒng)的接入點(diǎn)并為用戶提供各種業(yè)務(wù)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(tǒng)實(shí)現(xiàn)的可選項(xiàng)，用以轉(zhuǎn)發(fā)中心站和終端站之間的信號(hào)。RS天線可以采用扇區(qū)天線或小波束角定向天線。
（4）網(wǎng)管系統(tǒng)
3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)一般采用基于圖形界面的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，系統(tǒng)可運(yùn)行在MicrosoftWindows NT或UNIX平臺(tái)上。用戶使用系統(tǒng)可輕易地對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置和管理。網(wǎng)管系統(tǒng)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(jì)費(fèi)信息的收集等。
2 系統(tǒng)性能特性
2.1 頻率使用
根據(jù)國(guó)家無線電管理避已頒布的3.5GHz頻段地面固定無線接入系統(tǒng)所用的頻率資源和相關(guān)頻率參數(shù)，其雙工方式為FDD，上行遠(yuǎn)端站發(fā)射頻段為3399.50～3431.00MHz；下行基站發(fā)射頻段為3499.50～3531.00MHz；同一波道收發(fā)射頻頻率間隔100MHz。
2.2 調(diào)制方式和多址方式
調(diào)制方式主要包括GFSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等。調(diào)制方式不同調(diào)制效率Em(bit/s/Hz)不同，由以下公式給出：
Em=[(log2(M) ·R)/1+r]bit/s/Hz
其中，M為調(diào)制階數(shù)，R為編碼率，r為濾波器滾降系數(shù)。調(diào)制效率隨著調(diào)制階數(shù)的增大而增大。但是實(shí)際工程中，外界干擾對(duì)系統(tǒng)性能的影響將急劇增加，會(huì)降低系統(tǒng)的性能，因而可根據(jù)需要采用自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)或者根據(jù)具體情況選擇調(diào)制方式。在一個(gè)扇區(qū)可以采用多個(gè)調(diào)制方式混合使用，其目標(biāo)是使得在任何一點(diǎn)都將采用盡可能高效的調(diào)制方式。也就是在一般情況下，根據(jù)傳輸質(zhì)量和傳輸覆蓋范圍，離基站近的區(qū)域可以使用比較高效的調(diào)制方式，距離大時(shí)采用更可靠的方式。
常用多址技術(shù)有頻分多址（FDMA）、時(shí)分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）。根據(jù)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(jù)業(yè)務(wù)模式、技術(shù)成熟程度、性價(jià)比等來考慮。
傳統(tǒng)的FDMA效率較低，但是目前出現(xiàn)的W-OF
DMA以及動(dòng)態(tài)FDMA技術(shù)使得接入效率大為提高。OFDMA經(jīng)過串并變換到各個(gè)正交子載波上后，并行碼元信號(hào)周期遠(yuǎn)大于串行信息碼元周期，再加上保護(hù)間隔，使其能基本消除碼間干擾。因此與其他接入技術(shù)相同的高斯噪聲相比信道上能支持更高標(biāo)準(zhǔn)的干擾，而且在OFDMA時(shí)信道均衡非常容易，QPSK情況下不需均衡器。OFDMA現(xiàn)已被IEEE 802.16 TG3標(biāo)準(zhǔn)確立為唯一的傳輸方式。動(dòng)態(tài)FDMA技術(shù)根據(jù)業(yè)務(wù)量調(diào)整調(diào)制解調(diào)器的參數(shù)，動(dòng)態(tài)分配每個(gè)頻分信道的帶寬，在兩個(gè)不同極化的扇區(qū)中使用同一頻率以提高頻率利用率。但是OFDMA對(duì)相位噪聲非常敏感，對(duì)同步和前端放大器的線性要求更加嚴(yán)格；動(dòng)態(tài)FDMA對(duì)調(diào)制解調(diào)和ODU要求嚴(yán)格。
CDMA主要基于擴(kuò)頻通信的基本原理，使得傳輸信息的信號(hào)帶寬遠(yuǎn)大于信息本身的帶寬，擴(kuò)頻碼采用正交碼或準(zhǔn)正交碼作地址碼實(shí)現(xiàn)碼分多址，CDMA主要應(yīng)用在北美蜂窩標(biāo)準(zhǔn)IS-95、IMT-2000以及衛(wèi)星通信等。CDMA的優(yōu)點(diǎn)是容量大、抗互擾能力強(qiáng)、信號(hào)功率譜密度低、相關(guān)特性好，CPE峰值功率和平均功率的比值小，但是當(dāng)PN碼正交性能欠佳或者干擾超過干擾容限時(shí)，性能將惡化，因此抗自擾能力相對(duì)欠缺。另外占用的信號(hào)頻帶寬，擴(kuò)頻后的帶寬遠(yuǎn)大于擴(kuò)頻前的信息；地址碼數(shù)量大的限制，對(duì)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(fā)達(dá)端對(duì)所發(fā)信號(hào)的時(shí)間參量進(jìn)行分割，形成許多互不重疊的時(shí)隙。因此抗自擾能力極佳，而且對(duì)時(shí)隙的管理和分配通常要比對(duì)頻率的管理和分配簡(jiǎn)單又經(jīng)濟(jì)，這樣TDMA也具有較大的信息傳輸能力，易于實(shí)現(xiàn)帶宛動(dòng)態(tài)分配，比較適合突發(fā)性較強(qiáng)的業(yè)務(wù)流量。但是TDMA抗互擾能力差，相鄰小區(qū)重復(fù)使用頻率受限制，因此系統(tǒng)容量低于CDMA，且CPE峰值功率和平均功率的比值相對(duì)CDMA非常大，對(duì)同步要求比較高。
2.3 扇區(qū)調(diào)制效率和容量計(jì)算
系統(tǒng)在服務(wù)區(qū)范圍內(nèi)，一般通過劃分多個(gè)扇區(qū)對(duì)頻率進(jìn)行再用以提高系統(tǒng)容量，而扇區(qū)在不同部分根據(jù)實(shí)際情況例如鏈路距離采用不同的調(diào)制方式，這使扇區(qū)的不同部分有不同的調(diào)制效率，因此有必要計(jì)算整個(gè)扇區(qū)的平均效率。那么扇區(qū)的平均調(diào)制效率計(jì)算如下：
這里∑是所有調(diào)制區(qū)域的加權(quán)。頻率再用率和扇區(qū)平均調(diào)制效率是通過具體劃后得出的，而且需要經(jīng)過多次反復(fù)規(guī)劃后才可確定，以實(shí)現(xiàn)規(guī)劃得出的值為準(zhǔn)，這個(gè)數(shù)值是可以變動(dòng)的，目的是使其最大扇區(qū)容量達(dá)到最大。
固定無線接入網(wǎng)絡(luò)容量可以由以下公式給出：
每個(gè)基站頻率資源=運(yùn)營(yíng)商可用頻率資源×平均調(diào)制效率）
3 與其他寬帶接入技術(shù)的比較
目前全球?qū)拵ЬW(wǎng)絡(luò)熱度空前高漲，各網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商競(jìng)相在各大市場(chǎng)構(gòu)建寬帶IP城域網(wǎng)，提供低廉的高速IP接入服務(wù)，參與電信市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。而寬帶接入技術(shù)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(wǎng)有光纖到戶（FTTH）、光纖到大樓（FTTB）、光纖到路邊（FTTC）、光纖到小區(qū)（FTTZ）等多種形式。利用光纖傳輸介質(zhì)，提供高帶寬、高可靠性和高抗干擾性的數(shù)據(jù)傳送，接入網(wǎng)常用形式有ATM VP自愈網(wǎng)、ATM無源光網(wǎng)絡(luò)（APON）等，還有SDH環(huán)網(wǎng)等傳統(tǒng)技術(shù)。APON的優(yōu)勢(shì)在于：它結(jié)合了ATM多業(yè)務(wù)、多比特率支持能力和PON透明寬帶傳送能力業(yè)務(wù)的接入非常靈活。但是鋪設(shè)光纖相對(duì)投資較大、耗時(shí)較長(zhǎng)，有些地方鋪設(shè)極為不便等問題，因此不少公司均發(fā)展XDSL傳輸系統(tǒng)。
（2）高速數(shù)字環(huán)路（XDSL）技術(shù)
基于XDSL技術(shù)的銅線接入技術(shù)適用于已有的電話基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，通過2B1Q、CAP（無載波調(diào)幅調(diào)相）、DMT（離散多音）等頻帶編碼技術(shù)，挖掘雙絞線高頻段帶寬的資源，通過帶寬倍增技術(shù)實(shí)現(xiàn)寬帶接入，滿足高數(shù)據(jù)通信需求，主要技術(shù)有ADSL、HDSL、VDSL等。VDSL的傳輸距離短，必須建立在FTTB基礎(chǔ)上，而ADSL線路較長(zhǎng)，容易受外界干擾同，造成速率波動(dòng)。
（3）光纖風(fēng)軸混合網(wǎng)絡(luò)（HFC）
基于同軸電纜接入的HFC方式是在傳統(tǒng)同軸CATV技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，利用頻分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)模擬電視、數(shù)字電視、電話和數(shù)據(jù)同時(shí)傳送。系統(tǒng)成本比光纖環(huán)路低，并有銅線及比絞線無法比擬的傳輸帶寬，適合當(dāng)前模擬制式的高質(zhì)量視頻業(yè)務(wù)市場(chǎng)和CATV網(wǎng)使用。但是當(dāng)前HFC都是單向的，要實(shí)現(xiàn)雙向通信，其改造的費(fèi)用非常高昂，難度也非常大。
（4）LMDS技術(shù)
LMDS工作在10GHz以上，可用頻帶寬，高達(dá)1GHz，可以承載幾乎任何通信業(yè)務(wù)，包括話音、數(shù)據(jù)、圖像及多媒體等�？商峁┒喾N通信系統(tǒng)一般具有的優(yōu)勢(shì)，如建設(shè)成本低、啟動(dòng)資金較小、建設(shè)周期短、投資回收快、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用低等特點(diǎn)。但是服務(wù)覆蓋范圍相對(duì)較小，一般為2～4km，不適合遠(yuǎn)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2dB）。通信質(zhì)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(shù)相比，具有許多獨(dú)特的優(yōu)越性，具體如下：
·工程項(xiàng)目建設(shè)方便、快捷
無線系統(tǒng)與有線系統(tǒng)相比，很大的優(yōu)勢(shì)在于工程的啟動(dòng)與實(shí)施非常迅速。開通快，建設(shè)周期短，組網(wǎng)靈活，用戶終端設(shè)備簡(jiǎn)單，投資省。尤其在大城市，有線工程往往要經(jīng)過市政等部分的審批，因?yàn)閷?duì)道路、綠地等環(huán)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(kuò)容能力強(qiáng)，投資回收快
固定無線接入系統(tǒng)的投資包括中心基站設(shè)備、用戶端設(shè)備、網(wǎng)管系統(tǒng)和其它附加費(fèi)用。由于固定無線接入是一種利用基站覆蓋用戶端設(shè)備的體制，所以在網(wǎng)絡(luò)初期，只需小部分投資建立一個(gè)配置較簡(jiǎn)單的基站，覆蓋若干用戶使用；基站設(shè)備相對(duì)比較復(fù)雜，價(jià)格較貴，所以用戶少時(shí)，平均每用戶成本較高。3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)自身的特點(diǎn)決定它更適合于大城市的城區(qū)或其它人口比較稠密的地區(qū)；由于傳輸質(zhì)量、距離受傳播環(huán)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(chǎn)業(yè)部已將其列為國(guó)家“十五”計(jì)劃重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。為此，必須加快發(fā)展先進(jìn)的通信技術(shù)，以提高信息傳播的速度。當(dāng)前，我國(guó)的通信基礎(chǔ)設(shè)施有了很大的改善，特別是骨干網(wǎng)中集波分復(fù)用等技術(shù)的引入，使得傳輸?shù)娜萘看筇岣�，雖然接入網(wǎng)也得到了一定的發(fā)展，還存在著較大的瓶頸，因此3.5GHz FWA的出現(xiàn)將進(jìn)一步滿足接入網(wǎng)發(fā)展的需要。
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