要害詞：寬帶無線接入；本地多點分配業務；多信道多點分配業務

Abstract: Local Multipoint Distribution Service (LMDS) is a rising technology of fixed broadband wireless access. With great transmission capacity, it is cost-effective and has aroused mUCh attention of telecom Operators all over the world. This paper describes the background and current status of the LMDS technology first, then discusses its service types, operation frequency, system structure and standardization status. It also compares LMDS with other exsiting access systems such as cable TV system, ADSL and MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Service). It concludes that solutions to poor signal quality, limited service scope and high operation cost of LMDS may PRomote its commerical application.

Key Words:broadband wireless access; local multipoint distribution service; MMDS

  近些年來，隨著因特網技術的迅速發展和用戶對寬帶多媒體業務需求的不斷增長，促使傳統的電信網絡從僅能提供單一的話音業務不斷向能提供話音、數據和圖像的寬帶綜合業務網絡演化。在過去的幾十年中，各國電信部門都非常重視本國電信骨干網絡的建設，核心網絡普遍實現了光纖化，其帶寬基本可滿足當前通信的需求，網絡的“瓶頸”越來越集中體現在接入網方面。面對激烈的市場競爭，如何為用戶提供經濟而有效的寬帶信息接入手段，成為電信業務經營者的當務之急。眾所周知，用戶接入網寬帶化的最終目標是實現光纖到家(FTTH)，但這需要巨額的投資和較長的建設周期。為了滿足當前用戶對寬帶業務的需要，各種寬帶接入方式不斷涌現，如基于Cable Modem的光纖/同軸混合網(HFC)、基于銅雙絞線的各種高比特率數字用戶線(xDSL)、直播衛星系統(DBS)、近地軌道衛星(LEO)、無線本地環路(WLL)和本地多點分配業務(LMDS)系統等。其中LMDS[1—3]因能提供經濟、快捷和有效的寬帶網絡服務近幾年異軍突起，處于有利的發展地位。

1 LMDS發展現狀
  本地多點分配業務(LMDS)是一種提供點對多點通信的固定式寬帶無線接入技術，其工作頻率在20 GHz以上，可在3～5 km范圍內提供數字雙工語音、數據、因特網和視頻業務，組網靈活方便、使用成本低，支持ATM、TCP/IP、MPEG2等標準，是一種非常有前途的寬帶固定無線接入解決方案。
  早期的LMDS是一種用于模擬電視分配的單向廣播式系統，該技術起源于20世紀80年代末美國Cellular Vision公司Bernard Bossard提出的用于電視分配的蜂窩系統[4]。1991年1月，美國聯邦通信委員會(FCC)授予Cellular Vision公司優先許可證，答應其在紐約提供單向模擬廣播電視業務。
  隨著無線數字技術的發展和人們對交互式業務的需求，LMDS系統通過引入反向傳輸鏈路，逐漸演變成為一個以數字式雙向業務為主的寬帶無線接入系統。與傳統的工作在450 MHz和800 MHz的窄帶無線接入系統不同，LMDS利用大容量點對多點微波傳輸(帶寬超過1 GHz)，能夠實現從N×64 kb/s到2 Mb/s甚至高達155 Mb/s的用戶接入速率。這決定了它幾乎可以承載任何種類的業務，包括話音、數據和圖像等，且具有很高的可靠性，因此在某些場合(如城市等人口稠密地區)是替代FTTH的理想選擇。
  1996年，加拿大分配了28 GHz頻段中的1 GHz帶寬給LMDS。現在，加拿大許多大城市都安裝了固定寬帶無線接入系統，這些網絡在加拿大被稱為本地多點通信系統(LMCS)，并有計劃在加拿大全境推廣。在美國，擁有多個市場LMDS許可證的Winstar公司從1998年年中開始，在華盛頓、洛杉磯等大城市進行了LMDS系統安裝。南美、亞太和歐洲各國的頻帶分配也已完成或正在進行中。目前市場上，研制和生產LMDS設備的廠商多集中于北美，如加拿大的北方電訊、新橋網絡，美國的Bosch Telecom、HP、P-COM公司等。
  在中國，目前電信部門的大型數據網絡骨干網的建設已經初具規模，各電信運營商已開始著手接入網的建設。LMDS以其大容量、多業務、易建設、見效快等明顯優勢引起了中國業內人士的廣泛關注。1999年7月，中國的第一套LMDS實驗網在廣州市開通，這套由P-COM公司為中國聯通建立的LMDS網絡標志著中國接入網發展的新起點，隨后中國聯通又在上海和廣州兩個城市進行了二期實驗。中國電信向信息產業部無線電治理局申請了LMDS的試驗頻率，同時在廣東電信和四川電信進行試驗。中國移動也在武漢分公司迅速跟進，實現了LMDS基站互連、IP數據接入等業務。2001年，信息產業部為采用頻分雙工的LMDS系統在26 GHz頻段分配了2 GHz(上、下行各1 GHz)帶寬。隨著各大通信公司試驗網的成功，LMDS將成為未來數年內中國寬帶信息接入市場上的一支新軍。

2 LMDS提供的業務類型
  LMDS在理論上可以支持現有的各種話音和數據通信業務。該技術比較適合于在人口稠密的市區應用，由于現在光纖到大樓只是在很少的地方得以實現，因此LMDS具有很大市場潛力。目前，利用LMDS提供的業務主要有：

(1)話音業務
  LMDS可提供高質量的話音服務，沒有時延，其質量與有線電話相同。

(2)數據業務
  LMDS的數據業務包括低速、中速和高速3種。低速數據業務的速率為1.2～9.6 kb/s，能處理開放協議的數據，網絡答應本地接入點接到增值業務網并可以在標準話音電路上提供低速數據；中速數據業務速率為9.6 kb/s～2 Mb/s，這樣的數據接口通常是增值網絡本地接入點；高速數據業務速率為2～155 Mb/s，提供這樣的數據業務必須有100 Mb/s的快速以太網和光纖分布數據接口(FDDI)，另外還需要支持物理層、數據鏈路層和網絡層的相關協議。除此之外，LMDS還能支持高達1 Gb/s速率的數據通信業務。

(3)視頻業務
  LMDS也能夠提供模擬和數字視頻業務，如點播電視、高速會議電視、遠程教育、遠程醫療、電子商務等數字業務。

3 LMDS技術

3.1 工作頻率
   雖然毫米波段頻譜資源的容量相當可觀，但是由于眾多的商用無線系統對頻譜資源的競爭，目前很難為LMDS系統在全世界范圍內劃分相同的頻段。
  在美國，FCC規定以下頻率可用于LMDS業務：27.5～28.35 GHz(850 MHz)、29.10～29.25 GHz(150 MHz)、31.00～31.30 GHz(300 MHz)，帶寬共計1.3 GHz，比調幅/調頻無線電、電視和蜂窩電話3者帶寬之和的兩倍還要多。
  在歐洲，絕大多數國家的許可證在26 GHz頻段，少數國家將28 GHz也分配給了固定無線接入。近來，歐洲又將LMDS的頻段擴展到40 GHz。
  在中國，信息產業部規定采用頻分復用(FDD)方式的LMDS業務的工作頻段為26 GHz[5]，其中中心站發射頻段為24.507～25.515 GHz，遠端站發射頻段為25.757～26.765 GHz，收發頻率間隔為1 250 MHz，基本頻道帶寬為3.5 MHz、7 MHz、14 MHz和28 MHz，可根據具體業務需求將基本信道合并使用。

3.2 系統結構
  與蜂窩電話類似，LMDS系統采用蜂窩小區來覆蓋所有的終端用戶。每個小區的覆蓋半徑為3～5 km左右，最大不超過10 km。與蜂窩電話不同的是，LMDS系統的終端用戶是固定的，不需要支持移動用戶，因此不需要考慮復雜的越區切換問題。LMDS系統的網絡結構有多種不同的配置，這取決于不同的系統設計，圖1示出了一種典型的LMDS系統的網絡結構。LMDS的網絡結構主要包括4部分：骨干網絡、網絡運行中心(NOC)、基站和用戶駐地設備。其中骨干網絡作為基礎設施，由電信服務商建設，而NOC、基站和用戶駐地設備則由LMDS廠商提供。骨干網絡由光纖傳輸網、基于ATM交換(或IP交換、IP+ATM架構)的核心交換平臺以及與Internet、公共交換電話網(PSTN)的互連模塊組成。NOC負責完成告警與故障診斷、系統配置、計費、系統性能分析和安全治理等功能。

3.3 標準化現狀
  隨著LMDS無線接入系統的迅速發展，標準化工作變得越來越重要。從事LMDS系統標準化的組織包括ATM論壇、數字音視頻委員會(DAVIC)、歐洲電信標準協會(ETSI)、國際電信聯盟(ITU)以及美國電氣與電子工程師協會(IEEE)。其中，IEEE的標準化工作進展最快、涉及的范圍最廣。1999年IEEE成立了IEEE 802.16工作組專門負責固定寬帶無線接入系統的標準化工作[6]，IEEE 802.16下設3個分工作組，分別對2～11 GHz頻段、10～66 GHz頻段的寬帶無線接入技術以及不同無線接入技術的共存問題進行研究。2001年12月，IEEE通過了工作于10～66 GHz頻段的寬帶無線接入技術標準，該標準的頻段包括了目前LMDS系統的工作頻段。
在中國，2002年信息產業部通過了26 GHz頻段LMDS系統的標準，標準名為“接入網技術要求——26 GHz本地多點分配系統(LMDS)”[5]，標準的編號為YD／T1186－2002。該標準規定了工作于26 GHz頻段LMDS系統的參考模型、工作頻段和波道配置、業務能力、接口要求、無線收發設備要求、性能要求、網管功能要求，以及環境、供電、安全和電磁兼容要求。同時還規定了LMDS系統的中心站設備、終端站設備和接力站設備的要求。標準適用于公用電信網中的LMDS系統，也可供專用電信網參考使用。

4 與其他寬帶接入技術的比較
  
  與當前流行的其他寬帶接入方式相比，LMDS技術有許多優勢。以下是LMDS與當前其他幾種主流寬帶接入技術的比較。

(1)有線電視網絡
  LMDS技術為家庭和商業用戶提供的帶寬和容量高于幾乎目前所有的有線電視網絡。與大多數的有線電視網絡不同，LMDS是雙向傳輸。有線電視網絡采用樹形分支結構，為所有的用戶提供相同的信號，而LMDS可根據市場需求，對其所提供的業務進行逐個小區的優化。LMDS可提供比現有的有線電視網絡更高質量的視頻和音頻信號。

(2)不對稱數字用戶線
  LMDS可提供比現有的交換式銅雙絞線網絡更高的容量。LMDS提供的業務類型要比當前正在推廣的不對稱數字用戶線(ADSL)技術多，而且LMDS使用的終端設備的價格要比ADSL的終端設備便宜。LMDS可以將一部分帶寬預留給交換或共享數據。一旦數據信道空閑，LMDS可以將這部分帶寬轉交給隊列中的下一個用戶。LMDS中的數據可以進行加密并僅傳送給適當的用戶。

(3)多信道多點分配業務
  多信道多點分配業務(MMDS)系統提供單向分配業務，其工作頻率位于10 GHz以下，信道容量低于LMDS系統。MMDS信號需要直視路徑，而且其接收天線尺寸要比LMDS的接收天線大很多，通常必須位于室外。

(4)直播衛星
  盡管直播衛星(DBS)技術利用眾多衛星來提供多種業務，但這些業務本質上是有方向性的。目前，DBS唯一可能的回傳路徑是電信公司的銅線網絡，因此DBS僅能提供有限的交互式業務。盡管DBS在大的區域范圍內是一種有效的業務提供方式，但對于本地電信公司來說，很難將他們在市場上所感愛好的信號綜合入一種全業務結構以適應用戶的全部要求。

5 LMDS面臨的挑戰
  盡管LMDS與其他接入技術相比，有大量的帶寬和相對較低的起始費用，但LMDS本身也面臨限制其商業發展的諸多挑戰。

(1)信號質量
  在30 GHz，LMDS信號的波長約為1 mm，由于波長很短，LMDS信號會被同它尺寸同樣大小的雨滴和樹葉削弱，LMDS同樣需要清楚的視野。由于這些問題，LMDS只能在相對平坦和幾乎沒有樹林的地區使用?？梢杂酶行У恼{制方法和天線來解決樹林問題，但這樣做會導致更高的費用和可能存在的治理問題。而且，這種技術對反向通道沒有任何幫助。

(2)服務區尺寸
  為了保證用戶覆蓋范圍和可靠性，LMDS必須使用小的小區尺寸，這一方面增加了系統費用，而且導致小區規劃的費用也比較昂貴。有關LMDS小區尺寸的設計和定位，與蜂窩電話不同，蜂窩電話是從大的蜂窩開始，逐漸將大蜂窩分裂為小蜂窩，漸漸將使用中的越區切換減到最少，而LMDS經營者成功的要害在于識別和服務于有潛在用戶的人口稠密區。代替將大蜂窩分割為小蜂窩，LMDS必須從小的、安放適當的小區開始，并且在業務量增加時，要增加更多的小單元，該過程的費用是昂貴的。

(3)經營者累計費用
  由于小區尺寸小，LMDS需要更多的傳輸塔(大約是MMDS系統的100倍)。除了結構費用，還與建設延遲期限、位置選擇、附屬建筑物的租費談判有關。結果，LMDS在推廣時，其費用明顯高于MMDS系統。

(4)基站設備費用
  在LMDS系統中，基站設備相對比較復雜，價格較貴，所以在用戶少時，平均每個用戶成本較高。LMDS自身的特點，決定它更適合于大城市的城區或其他人口比較稠密的地區。

6 結束語
  LMDS技術利用20 GHz以上的無線頻段向用戶提供可與有線接入相比擬的寬帶接入速率，其最高傳輸速率可達1 Gb/s。該技術適合傳統和新興電信業務經營者為用戶提供各種多媒體寬帶接入服務，具有初期投資少、見效快的特點，受到了國內外電信業務經營者的普遍看好。新一代LMDS標準(如IEEE 802.16)的推出，為LMDS廠商制造成本更低、兼容性更好的設備創造了條件?？梢灶A期，未來2～5年內，隨著新一代LMDS設備的上市，電信服務商將會為用戶提供更為廉價的寬帶接入服務。

7 參考文獻
[1] Agne Nordbotten. LMDS Systems and Their Application[J]. IEEE Communications Magazine, 2000,38(12):150—154.
[2] David D. Falconer Jean-Paul DeCruyenaere. Coverage Enhancement Methods for LMDS[J]. IEEE Communications Magazine, 2003,41(7):86—92.
[3] Vinod Tipparaju. Local Multipoint Distribution Service (LMDS) [EB/OL]. http://www.cis.ohio-state.edu/~jain/cis788-99/FTP/lmds/index.Html.
[4] Bossard B. Low Power Multi-Function Cellular Television System[P]. U.S:4747160, 1988.
[5] YD/T1186-2002. 接入網技術要求——26GHz本地多點分配系統(LMDS)[S]. 2002.
[6] Roger B Marks. The IEEE 802.16 Working Group on Broadband Wireless[EB/OL]. http://www.comsoc.org/livepubs/ni/public/1999/mar/ni802.html.

尹長川，北京郵電大學電信工程系畢業，工學博士。北京郵電大學電信工程學院副教授。主要研究領域為OFDM技術及其在寬帶無線通信系統中的應用。曾參與和主持多項國家級科研項目，已發表論文40余篇，譯著2冊。