要害詞：無線寬帶網絡 無線局域網 移動寬帶系統 本地多點分配業務

Abstract:The rapid growth of the Internet and multimedia services and the increasing number of mobile telephone users indicate that the broadband wireless technology will be developed rapidly over the next few years. The paper analyzes the chara cteristics of several kinds of wireless broadband communication systems which ar e in full development now, introdUCes the PRinciples and applications of fixed a nd mobile wireless broadband communication systems, and points out key technolog ies in wireless broadband communications.

Key Words:Wireless broadband network Wireless local area network Mobile broadban d system Local multipoint distribution service

　　隨著Internet業務、多媒體業務的迅速發展，以及移動電話用戶的快速增長，人們確信未來 通信中“寬帶”和“無線”將扮演重要角色,并為此已作出不懈的努力：第3代(3G)移動通信 正在標準化，即所謂的IMT－2000(室外碼率384kbit/s，本地碼率可達2Mbit/s)；無線局域 網(WLAN)包括IEEE802.11和ETSI的HIPERLAN正在發展，前者在載頻2.4GHz時碼率為11Mbit/s ，后者在5GHz、17GHz時碼率可達24Mbit/s；移動寬帶系統(MBS)作為一種可提供更高碼率( 如155Mbit/s)的蜂窩系統正在大量試驗中，其載頻為40/60GHz；非凡是無線寬帶固定接入系 統的發展更快、更成熟。2000年8月，IEEE802.16標準的討論稿已提出，本地多點分配業務( LMDS)的大量試驗已取得滿足效果。由于其容量大(2～155Mbit/s)，可提供話音、數據、視 頻等綜合業務，因此被譽為“無線光纖”。

　　由此可見，無線寬帶通信正在興起，這些通信系統的特點是：

　　(1)頻帶寬，載頻高。以上各種無線通信系統可提供的碼率為2～155Mbit/s。由于頻帶 寬，因而載頻需要提高。例如LMDS的載頻就高達27GHz，其頻帶寬度可達1GHz。
　　(2)無線信道的頻率資源有限，而且多徑衰落、噪聲和干擾比較嚴重，為了實現可靠的 寬帶傳輸，必須依靠現代信號處理技術、抗干擾編碼技術、無線技術以及接入技術等，可見 實現可靠的高速無線通信難度較大。
　　(3)毫米波層的電波傳輸易受氣候影響。降雨對毫米波影響大，如在30GHz，當降雨強度 為5mm/h時，吸收損耗為1.5dB/km；降雨強度為100mm/h時，則可達15dB/km。當傳送距離為1 0km，降雨時損耗可達150dB，再加上自由空間傳輸損耗，甚至可能中斷通信。
　　(4)毫米波波長較短，只適宜于視距通信。電波在自由空間的傳輸損耗載頻，載頻為30G Hz，自由空間傳輸5km時，損耗為30dB。例如LMDS系統，其覆蓋范圍一般在5km以內，如超過 一定范圍就應該設置中繼站。

圖1　無線寬帶通信系統的比較

　　各種無線寬帶通信的比較如圖1所示，可見移動無線通信正向更高速率(從而可提供音頻 到視頻的實時業務)、更快移動性發展。但LMDS則是一種固定的無線接入系統，碼率可達155 Mbit/s，能提供豐富多彩的綜合業務。目前正在發展的GSM用于窄帶移動通信系統，DECT用 于窄帶的無繩電話系統均不在本文討論范圍之內。因此，無線寬帶通信系統可列表如表1所示。

表1　無線寬帶通信系統列表

　　1 寬帶無線通信的業務與應用

　　1.1 WLAN和MBS

　　應該說，無線局域網(WLAN)和移動寬帶系統(MBS)的系統概念是完全不同的。WLAN(例如 HIPERLAN)主要用于計算機之間的通信，也可以說是有線LAN的延伸，技術上是比較成熟的， ETSI已有WLAN的標準。MBS則是尚在開發的技術，它可提供比通用移動通信系統(UMTS)更為 豐富和更為先進的業務。圖2給出了無線寬帶通信(WBS)的可能的應用。

點擊放大
圖2　WBS可能的應用

　　當然，這些應用大部分可用于MBS，而WLAN用于固定通信或準移動通信范圍。

　　為了更清楚地說明這兩者的不同，表2以HIPERLAN為例，對它們的性能作了比較。相對來說，WLAN載頻、碼率、移動性比MBS都要低，其應用范圍也有所不同。

表2　HIPERLAN與MBS的性能比較

　　1.2 UMTS和MBS

　　眾所周知，UMTS是第3代移動通信標準，為了進一步說明MBS的性能，把它與UMTS進行比較，并列于表3中。

表3 UMTS和MBS的比較

　　2 寬帶固定無線接入系統

　　2.1 LMDS

　　本地多點分配業務(LMDS)是一種毫米波段的寬帶固定無線接入系統。它由基站、用戶終端、網管系統和骨干網4部分組成。網絡結構如圖3所示，用戶終端是固定的。

點擊放大
圖3　LMDS的網絡結構

　　由于低端無線頻率資源十分緊張，高端如毫米波段則頻帶較寬。本地多點分配業務的美 國標準載頻為27GHz，其頻帶寬度達到1GHz，用戶接入速率可高達155Mbit/s，從而可以提供 包括話音、數據、視頻等綜合業務。

　　除了容量大，可提供多種業務外，LMDS還具有初期投資省(不需開挖馬路、鋪設管道、電纜等)；頻率復用度高，系統容量大(按移動蜂窩式配置小區，多個小區設一基站，由于毫 米波段只能視距傳輸，基站載頻頻率可適當復用)；配置靈活，擴展性好，擴充容量和增加 新業務都很方便(因為LMDS的基站和用戶終端都采用模塊化設計)；毫米波源方向性好、干擾少、性能優越等優點。

　　其缺點是：毫米波源傳輸距離短，小區半徑只在3～5km，不能用于遠程通信；毫米波段 通信質量受雨、雪影響較大。在選擇工作頻率時應避開傳輸損耗的峰值頻點，如氧氣吸收峰點為60GHz，水蒸氣吸收峰點為166GHz等。

　　LMDS系統將服務范圍分成多個蜂窩狀小區，每個小區有一個基站和多個用戶終端組成。由于毫米波的方向性很強，一個小區又可以分為多個扇區(如24個扇區)，每個扇區可根據用 戶的要求提供不同的業務，其容量可達155Mbit/s。基站設備由多個扇區設備組成，每個扇 區設備分為室內和室外兩部分。室外單元包括天線、毫米波收發模塊；室內單元包括調制解 調模塊、網絡接口模塊。室內單元還提供與骨干網的接口，包括與IP、ATM、PSTN以及ISDN 等相連的接口。

　　LMDS用戶終端可以是家庭或住宅小區的用戶，它也由室外、室內的單元組成。室外單元 包括天線、毫米波收發模塊；室內單元包括調制解調模塊、用戶接口模塊。同基站扇區設備 一樣，其室內單元也提供多種網絡接口。

　　網管系統是LMDS系統的監控中心，以實現監控治理、網絡配置、系統計費等功能。

　　2.2 MMDS(多通道多點分配業務)

　　MMDS也是一種固定的點對多點寬帶無線接入系統。MMDS原只是單向的CATV系統的無線延 伸，現在在對該系統進行改造，使其能用于雙向的數據業務傳輸。

　　MMDS工作于2.3～2.7GHz，近來某些廠商的產品已可工作于2～4GHz，甚至是1～10GHz。 MMDS的配置、構成和可用技術與LMDS相似，但由于工作在3GHz的微波波段，遠低于LMDS的30 GHz，可用的頻譜資源也比LMDS少得多。

　　與LMDS相比，MMDS適用于用戶相對分散、容量較小的地區，其成本也比LMDS低。

　　2.3 FSO(自由空間光通信系統)

　　FSO是激光或光脈沖在太赫茲(THz)光譜范圍內能傳輸分組數據的通信系統。它是用空氣 作媒介，不是采用光纖的光通信系統。

　　FSO的優點是帶寬大，成本低，安裝方便，易于擴充，不易被截取和發現(因為采用的波 束很窄，是不可見光)。

　　假如采取點到點的組成組網方式，FSO能支持155Mbit/s到10Gbit/s碼率，距離在2～4km 。在點到多點的組網方式中，FSO同樣能支持155Mbit/s～10Gbit/s碼率，但距離在1～2km。 假如采用網狀的組網方式則可支持622Mbit/s，距離為200～400m。可見，帶寬大是其主要優勢。

　　FSO的主要缺點是無線光鏈路易受霧、雨、雪的影響，而且波束短，傳輸距離短。

　　3 寬帶可移動無線接入系統

　　3.1 WLAN(無線局域網)

　　目前有兩種WLAN，一種即IEEE.802.11協議標準體系，工作在2.4GHz頻段，可提供1～20 Mbit/s碼率，一般就稱為WLAN。另一種是CEPT制定的HIPERLAN標準體系，其工作頻率在5GHz 左右，適用于小范圍(150m)的高速(54Mbit/s)的寬帶無線接入，其終端可作低速移動。這里 只對HIPERLAN系統稍作介紹。

　　可以說，HIPERLAN是到目前為止最完善的WLAN協議。其特點是：高速傳輸、面向連接、支持QoS、自動頻率配置、支持小區切換、安全保密、網絡與應用無關。

圖4　HIPERLAN的構成

　　HIPERLAN的系統結構如圖4所示，其協議參考模型如圖5所示。用戶平面的功能是在已經 連接的信道上傳輸數據，控制平面則用于控制連接的建立、釋放與監控。

圖5　HIPERLAN協議參考模型

　　(1)物理層(PHY)：OFDM調制(用FFT實現)，信道間隔為20MHz；每一信道又分為52個子信 道，每個子信道的間隔為312.5kHz，其中48個用來傳輸數據，其余4個用于提供同步的導頻 信號；傳輸時延小于等于250ns。
　　(2)數據鏈路控制層(DLC)：包括MAC協議、差錯控制協議、無線鏈路控制協議(RLC)3個 子層。MAC子層采用CSMA/CA協議，即隨機退避方式；對數據可選ARQ方式，實時業務則答應 丟失一些數據；RLC用于接入點和移動終端之間交換信令數據，建立、釋放和連接等。
　　(3)匯聚層(CL)：用于高層服務請求與DLC層提供服務間的適配，將高層固定或可變長度的分組整理成DLC中的固定長度的業務數據單元(SDU)。