LMDS系統調制方式及載波帶寬的選擇

2019-11-03 09:09:50

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魏忠和　　對于LMDS系統而言，調制方式對系統性能有著很大的影響，因此，選擇適當的調制技術十分關鍵。以下我們將以大唐LMDS產品為例探討采用QPSK和16QAM自適應調制技術的合理性。此外，系統載波帶寬的選擇也對系統的性能有著重要的影響，因為，不同的載波帶寬會有傳輸性能上的差異及制造成本上的不同，如何根據業務的需要從多個方面進行權衡選擇是值得探討的問題。

調制方式的選擇

　　多數LMDS系統產品采用QPSK（或4QAM）和16QAM自適應調制方式，部分產品僅使用QPSK（或4QAM）一種調整方式。大唐無線通信公司的R3000LMDS系統采用了QPSK和16QAM自適應調制技術及RS前向糾錯，接收機門限在BER＝10－9

　　時分別是－77dBm/16QAM和－83.3dBm/QPSK，兩種調制方式在系統參數相同的情況下，衰落儲備差6.3dB。有人認為從抗雨衰能力的角度出發，16QAM技術并不可取，這種看法是片面的。因為，對一個特定的降雨區要求可用性指標達到99.99％時，最大通信距離必然是按QPSK調制方式下估算的，如果同樣在這個距離上使用16QAM調制方式時，可用性指標將劣化到95％，這就意味著LMDS系統可以在95％的時間內工作在16QAM方式下，也就是在95％的時間內在14MHz帶寬上可傳輸36Mbps速率信號，僅在5％的時間段因降雨調整到QPSK方式下工作，此時，在14MHz帶寬上僅可傳輸16Mbps速率信號，相比之下，單純采用QPSK（或4QAM）調制方式的系統，在同樣距離上99.99％的時間，在14MHz帶寬上，都只能傳輸16Mbps速率信號，兩者的優劣自然是十分清楚的。當然上面在16QAM方式下的可用性數據僅是一個設計期望值，實際情況會因不同氣候區而異，大唐無線通信公司的R3000LMDS系統16QAM與QPSK自適應轉換的判決區間是SNR＝（16～25）dB。

　　在考慮到16QAM與QPSK兩種調制方式下，傳輸速率相差一倍的因素時，凡具有這種性能的LMDS系統對用戶業務的QoS保證應有相應的策略。有的LMDS系統設計時，規定了一個載波允許ip業務應用的帶寬上限，其他帶寬用于最高優先級的專線業務，有的LMDS系統設有安排IP業務的帶寬上限，在這種情況下，網絡規劃時需要小心。即當以專線業務為主的應用時，其可用帶寬應以QPSK方式下的傳輸速率為依據，或當既有專線業務，又有IP業務時，可以在一個載波上，按QPSK條件下安排一定的專線業務帶寬，在16QAM條件下，按CoS等級為不同用戶的IP業務分配帶寬，如果專線業務帶寬不足，或承諾帶寬業務較多時，可通過增加扇區載波數量的方法予以解決。當然，在不同降雨區，業務帶寬分配策略可以靈活運用。

　　在合理的安排策略下，在降雨期間，隨降雨強度的逐漸增加，IP業務將會根據業務優先級的設置自動調整其吞吐量，而專線業務帶寬仍會得到保證，但誤碼性能會逐漸變差，直到因降雨強度過大，因SNR惡化到QPSK門限以下，則所有業務將會中斷。

載波帶寬的選擇

　　根據YD/T1186－2002《接入網技術要求－26GHzLMDS本地多點分配系統》的規定，LMDS系統的載波帶寬可以選擇3.5MHz、7MHz、14MHz和28MHz，選擇哪種載波帶寬主要是根據業務需要而定，不同的載波帶寬除了可支持業務的能力不同外，還會影響到傳輸性能上的差異及制造成本上的不同，運營商可以根據實際需要從多個方面進行權衡。以14MHz和28MHz兩種載波帶寬進行比較時，如果兩個產品均在QPSK調制方式下，14MHz可支持16Mbps傳輸凈速率，而28MHz可支持32Mbps傳輸凈速率；若均在16QAM方式下，則14MHz可支持36Mbps傳輸凈速率，28MHz可支持52Mbps傳輸速率。當單個遠端站接口需要的業務速率高于40Mbps時，當然采用28MHz/16QAM方式的產品是合適的。但值得注意的是，如果載波帶寬采用28MHz，且只能工作在QPSK方式下，那么14MHz/16QAM與28MHz/QPSK兩者在業務速率上是相同的。若在14MHz/16QAM和28MHz/QPSK兩種方式上權衡，可以考慮的因素大致如下。

1.與可用性相關的接收機門限。

　　在數字調制解調技術中，門限比特差錯率BER＝10－3

　　條件下，歸一化信噪比（Eb/No）16QAM要比QPSK差約7dB，那么，在接收機噪聲系數和噪聲帶寬相同情況下，16QAM調制方式比QPSK調制方式的接收機門限電平要惡化約7dB。如果用16QAM＠14MHz與QPSK＠28MHz兩者比較，在相同的接收機噪聲系數下，后者的噪聲帶寬增加了一倍，因此兩者的接收機門限僅差約4dB。這也就是說，當考慮采用QPSK以適應雨衰引起的不可用性問題，再將占用帶寬提高一倍以提高傳輸速率的權衡設計中，實際上付出了接收機門限比QPSK＠14MHz方式惡化了3dB的代價，與16QAM＠14MHz方式相比對抗雨衰性能上的改善并不十分明顯。這種情況下，只有在采用QPSK＠28MHz方式的同時，發信功率相應比16QAM＠14MHz系統再提高3dB才是有意義的。

2.16QAM＠28MHz方式的選擇。

　　如果選用28MHz載波帶寬，采用QPSK/16QAM自適應調制方式開展設計，那么，QPSK＠28MHz方式前面已經作過詳細說明。而16QAM＠28MHz方式，顯然又比16QAM＠14MHz方式接收機門限惡化了3dB，如果LMDS系統在16QAM/14MHz方式下接收機門限為－77dBm的話，那么16QAM/28MHz方式下接收機門限僅為－74dBm，與QPSK＠14MHz相比接收機門限有近10dB的差距，這對在沿海地區LMDS系統應用的抗雨衰特性帶來嚴重威脅。

　　16QAM＠28MHz在內陸地區雨衰不十分嚴重的環境下是可以考慮采用的。因為在這種方式下，單載波可支持52Mbps接入速率，對于大客戶要求一個端口接入速率大于40MHz的應用是有利的。但在目前運營商的業務需求中，這種單端口要求如此高帶寬的情況并不多見。

3.單載波28MHz帶寬與頻譜規劃的關系。

　　在LMDS系統商用試驗期間，運營商可獲得的頻率資源約為2×56MHz。隨著業務擴展，頻率資源不足時獲得2×112MHz資源的條件是有可能達到的。在2×56MHz可用帶寬條件下，基站扇區之間及小區之間的頻譜規劃可以有兩種方式。

　　載波帶寬14MHz的頻譜規劃：將56MHz帶寬分為4個載頻F1，F2，F3，F4，將4個載頻分為兩個載頻組，即F1F3或F2F4，相鄰扇區采用不同載頻組。在一個基站內載頻組可以復用。

　　載波帶寬28MHz的頻譜規劃：56MHz帶寬只能支持兩個載頻工作，相鄰扇區采用不同載頻，在一個基站內載頻可以復用。

　　在頻譜規劃方面，到底采用14MHz載波好些，還是采用28MHz載波好些，一個直觀的評估是，28MHz載波帶寬其接收機濾波器的噪聲帶寬必然比14MHz載波帶寬的接收機濾波器的噪聲帶寬要大一倍，無論在抗同頻干擾，還是抗鄰頻干擾的能力上必然也要差。根據國外一些知名公司的研究報告分析，在LMDS系統的頻譜規劃中，為了解決同城域不同運營商之間的鄰頻干擾問題，建議兩個運營商在相鄰載頻上，各自留出14MHz的保護帶以支持28MHz載頻帶寬的業務應用，這就充分說明了應用28MHz載頻帶寬對頻譜規劃所帶來的影響。

　　當然，在保證門限電平惡化1dB的條件下，同頻信干比與鄰頻信干比的指標是與制造商的發射頻譜及接收濾波器指標密切相關的，針對每個制造商的LMDS產品實際測試指標去進行頻譜規劃設計才是可靠的。

摘自《人民郵電報》

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