無線接入技術及標準化

2019-11-05 02:20:35

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供稿：網友

隨著社會信息化的不斷推進及通信技術快速發展，用戶對信息業務的需求日益豐富，以互聯網業務為代表的寬帶多媒體數據業務正成為網絡業務發展的主流。因此，構建寬帶化、全業務、智能化的現代通信網絡已成為大勢所趨。而通信網絡的寬帶化不僅需要拓展廣域干線網、城域網的帶寬，而且也要解決好接入網的帶寬問題。目前廣域網、城域網的建設發展呈現出良好的趨勢，并頗具規模。而作為網絡建設的投資重點，傳統的接入方式已成為網絡進一步發展的瓶頸。實現接入網的數字化、光纖化、寬帶化和綜合化，滿足用戶對寬帶多媒體通信接入的需求，已成為各方共同關注的熱點課題。

在目前如光纖接入、XDSL、以太網接入和無線接入等新興接入技術中，無線接入技術以投資少、建網周期短、提供業務快等優勢已逐漸成為非常重要的接入方式。在無線接入領域中，固定無線接入正日益走向成熟，其應用步伐不斷加快。而其中寬帶固定無線接入技術又以其提供多媒體寬帶業務等優勢，倍受矚目。
本文將對固定無線接入非凡是寬帶固定無線接入的技術特點、業務應用、標準化、頻率規劃等作一綜述。

固定無線接入技術分類

固定無線接入（FWA—Fixed Wireless access）習慣上也稱無線本地環路（WLL），在一定的條件下，通過無線手段提供本地交換中心至固定或慢速移動用戶終端的通信傳輸，但不提供局間漫游服務。

固定無線接入從傳輸帶寬來看，可分為窄帶無線接入、中寬帶無線接入和寬帶無線接入方式。數據速率小于64Kbit/s的為窄帶無線接入，大于64Kbit/s小于2Mbit/s的為中寬帶無線接入，大于2Mbit/s的為寬帶無線接入。

1.窄帶無線接入

目前在我國實際應用的固定無線接入系統主要是窄帶無線接入系統，提供話音通信或傳真等低速率數據業務，主要用于用戶少、業務量小的農村地區或部分中小城市。按其采用的技術可分為：
（1）模擬調頻技術：一般工作在470MHz以下，采用FDMA技術，載頻帶寬小于25KHz,由于用戶容量小，僅提供話音和低速率數據業務。
（2）蜂窩通信技術：使用模擬蜂窩移動通信技術（如AMPS、TACS）和數字蜂窩移動通信技術（如DAMPS、GSM、IS-95等）組建無線接入通信系統，但不提供漫游功能。其工作頻段一般為800/900MHz和1.9GHz，適用于高業務量的城市地區。
（3）數字無繩電話技術：如歐洲的DECT、日本的PHS制式的一種低功率微蜂窩無線技術，適用于建筑物內部或單位區域內提供專用無線接入，也適用于公用通信運營商在業務量集中的地區提供小范圍公共無線接入。

2.中寬帶無線接入技術

中寬帶無線接入系統的傳輸速率在64Kbit/s與2Mbit/s之間。一般工作在3.5GHz或10GHz頻段，多址方式可采用TDMA、CDMA方式。中寬帶無線接入系統由中心站、終端站和網絡治理系統組成。在局端中心站至少支持提供V5、ATM、E1、以太網10BASE-T/100BASE-X接口中一種。終端站能提供ISDN、POTS以及E1等接口。
中寬帶無線接入系統的傳輸速率不超過2Mbit/s，從用戶需求的長遠發展來看，這種無線接入技術將很難滿足用戶日益增長的對互聯網寬帶綜合多媒體業務傳輸的需要，因此，今后，仍要向大于2Mbit/s的寬帶無線接入方向發展。

3.寬帶無線接入技術

寬帶無線接入系統是基于分組交換結構，是一種點對多點工作方式，由一個中心站和許多用戶站組成。LMDS——本地多點業務分配系統，是一種典型的寬帶無線接入系統。它基于MPEG技術發展而來。它通過基站將基帶信號調制為射頻信號發射出去，在其覆蓋區域內的用戶站設備接收并將射頻信號解調為基帶信號，實現數據雙向對稱高帶寬無線傳輸。它可提供基于ip的VPN、遠程醫療、遠程教育等寬帶電信業務和應用等。

中寬帶無線接入技術

我國目前分配3400MHz～3600MHz的2*30MHz頻率資源作為FDD方式的中寬帶固定無線接入系統使用，主要用于向城市中光纜接入有困難的用戶提供中、高速數據通信和話音通信服務以及用低成本提供農村和小城鎮中、低速數據通信和較大容量話音服務。因此近期在我國可能應用的中寬帶無線接入系統為3.5GHz固定無線接入系統。它采用點到多點的微波技術，可以解決低、中速數據接入和互聯網接入，也可以作為話音、數據一體化接入解決方案，適用于最終用戶和中、小型商業用戶，也可作為移動通信基站間的連接手段提供基站和基站控制器之間的傳輸。

1．3．5GHz固定無線接入系統的頻譜規劃范圍

目前我國FDD方式固定無線接入系統的工作頻段為：終端站發射頻段：3400MHz～3430MHz；中心站的發射頻段：3500MHz～3530MHz；同一波道的接受頻率和發射頻率間的射頻頻率間隔為100MHz。主要用于提供交換局至用戶終端的電話接入、數據接入或互聯網接入，但不提供局間漫游。目前C頻段衛星擴展頻段通信系統與3.5GHz固定無線接入系統共用此2*30MHz頻段。

2．業務應用

3．5GHz固定無線接入可以基于電路交換方式、ATM方式、IP方式或組合方式提供面向連接業務和面向非連接業務。而無論采用何種方式，均應具備相應的QoS機制保證業務的正常運行。其中面向連接的業務主要針對傳統電路交換方式的業務或以電路仿真方式提供的業務，包括普通電話業務、ISDN、N*64Kbit/s和E1電路承載業務等。面向非連接的業務針對基于IP方式的應用，如：IP電話、因特網接入、局域網互聯和VPN等。

3．系統組成

3．5GHz固定無線接入系統由中心站、終端站和網管系統組成。在非凡情況下，中心站和終端站間可以通過接力站進行中繼。中心站進行業務匯聚，并提供與網絡側的接口，同時提供基帶信號的射頻收發功能。終端站使用小波束角定向天線。終端站在上行方向上將來自用戶終端或用戶駐地網的業務適配、匯聚，通過無線鏈路傳送到中心站；在下行方向上提取本站的業務，分配給終端用戶。網管系統完成設備基本的配置、故障、性能和安全治理以及計費信息的采集。3．5GHz固定無線接入系統下行復用方式有TDM、FDM等，上行多址方式可采用TDMA、CDMA等，系統可采用不同下行復用/上行多址方式的組合。系統的調制可采用各種不同的方式，

4．標準化進程

標準是產業發展的前導。為促進3．5GHz固定無線接入系統的使用，信息產業部組織相關單位進行標準制定工作。目前標準起草工作進展順利，在各方的共同努力下，基本完成了標準草案的起草工作。

標準起草的一個原則是既要規范設備制造，保證網絡接口互通和業務互通，同時也要有利于技術的靈活采用，促進無線接入技術的快速發展。本著這個原則，標準主要對3．5GHz固定無線接入系統的系統參考模型、工作頻段和波道配置、接口要求、系統性能、無線收發設備要求、性能要求、網管等進行規范。系統的工作頻段按無線電頻率治理部門的規定要求。波導配置可采用多種配置方案：1.75MHz,3.5MHz,7MHz,14MHz。系統的局端接口、用戶端接口應根據目前網絡的情況靈活提供各種接口，如ATM、V5、以太網接口、ISDN、E1等。在空中接口方面，在目前情況下，暫時不對空中接口的協議棧作規定。對系統的無線收發設備要求包括鄰道/同道干擾,發射功率和發射頻譜,接收機動態范圍和接收機門限電平,天線要求等。標準還對同步要求、性能要求和網絡治理要求作出相應的規定。

寬帶無線接入技術

LMDS系統是目前備受關注的寬帶無線接入系統。作為新興的寬帶接入技術，LMDS為“最后一公里”的寬帶接入和交互式多媒體應用提供經濟和便捷的解決方案，因此號稱為一種“無線光纖”接入技術。

1．LMDS固定無線接入系統的頻譜規劃范圍

LMDS系統工作在毫米波波段，一般在10GHz～40GHz頻段上，主要有10GHz、24GHz、26GHz、31GHz和38GHz。目前我國尚沒有正式分配LMDS系統的正式工作頻段。經主管部門批準，使用24/26GHz及38GHz兩個頻譜塊，在11城市進行了技術試驗。對LMDS系統設備的技術特點如降雨對LMDS系統性能的影響等進行了測試，積累了一定的經驗。最終主管部門將根據技術試驗的結果并綜合考慮多種因素確定LMDS寬帶無線接入的頻率分配。

2．業務應用

LMDS可支持的業務主要面向商業用戶、集團用戶，適用于業務量集中、用戶群集中的地區。目前可提供的主要業務類型包括：高質量的話音服務，即POTS（Plain Old Telephone Service），可實現PSTN主干無線接入。LMDS系統還提供數據業務，數據業務包括低、中、高速三檔：低速數據業務，1.2～9.6Kbit/s,能處理開放協議的數據，網絡答應從本地接入點接到增值業務網；中速數據業務， 9.6Kbit/s～2Mbit/s,這樣的數據接口通常是增值網絡本地節點；高速數據業務， 2～155Mbit/s,比特差錯率（BER）低于1×10-9。提供這樣的數據業務必須有以太網和光纖分布數據接口。另外LMDS還能提供模擬和數字視頻業務，如遠程醫療、遠程教育、高速會議電視、電子商務、VOD等。

3．系統組成

LMDS系統一般包括基站、遠端站和網管系統，其中基站和遠端站均可分為室內單元（IDU）和室外單元（ODU）兩部分。室內單元是與提供業務相關的部分，如業務的適配和匯聚；室外單元提供基站和遠端站之間的射頻傳輸功能，一般安置在建筑物的屋頂上。

基站位于服務區中心，它覆蓋的服務區一般分為多個扇區，可以對一個或多個遠端站提供服務。基站實現信號在網絡業務節點和無線傳輸之間的轉換。系統提供豐富的業務節點接口（SNI）類型，網絡則可連接PSTN/ISDN交換機、ATM交換機、路由器等，為遠端用戶接入業務節點提供服務?；静捎枚嗌葏^覆蓋，使用在一定角度范圍內的聚焦喇叭天線來覆蓋用戶端設備。多扇區基站可以更有效地利用頻譜，進一步擴大系統容量。LMDS系統根據采用的天線的不同，可劃分為15度、22.5度、30度、45度、60度、90度的扇區，即最少4個扇區，最多可達24個扇區。

遠端站設置在用戶駐地。遠端站室內單元可連接用戶小交換機、路由器等用戶駐地網設備，為用戶終端提供PSTN、電路仿真、高速IP等業務。遠端站一般提供豐富的接口形式：EI接口、10BaseT（10兆以太網）接口視需要也可提供幀中繼、ATM、ISDN等接口，也可以直接提供Z接口和ISDN接口。遠端站射頻天線為定向天線，定向接收來自本扇區天線的信號。

LMDS系統一般可以進行自動增益控制，在滿足一定的誤碼率和系統可用性的前提下，自動調整射頻發射功率，使扇區之間的干擾降到最小。LMDS不同扇區之間可以采用正交極化的方式進行頻率的重用，并減少相鄰扇區之間的干擾。LMDS扇區半徑一般為3～5km。

基站到遠端站下行鏈路可通過TDM和FDM復用方式；上行鏈路多址方式為TDMA或FDMA。在業務量大、穩定、突發少的情況下，FDMA方式比TDMA方式更為有效，因為TDMA方式中MAC層（介質訪問控制層）開銷占用了一定比例的帶寬，而在業務量呈現突發特性的情況下，TDMA方式比FDMA方式有效，可以實現靈活的帶寬分配，統計復用。運營商應根據用戶業務特點及分布選取合適的多址方式。

LMDS可采用多種調制方式，如相移鍵控PSK（包括可以有BPSK、DQPSK、QPSK、8PSK等）和正交幅度調制QAM（包括4-QAM、16-QAM、64-QAM等）。

4．標準化進程

我國寬帶固定無線接入的標準將重點對系統總體性能、與發射有關的技術規范（如頻譜的框架、雜散發射、功率、頻率容差、頻譜利用系數等）、接口規范（局端接口、用戶端接口和空中接口）、網絡治理等提出要求。為了保證無線接入系統和業務節點、用戶終端能夠互通，應對局端接口和用戶端接口進行規定。無線接入系統應支持ATM155M接口和E1等接口，在用戶端支持E1接口或Z、U接口。另外，設備還須具有10BaseT等以太網接口。

一個比較重要的問題是空中接口規范的制定。假如統一規定空中接口的物理層和MAC層規范，實現不同廠家之間基站和遠端站的互通，那么對于運營商在網絡組織時選擇設備是十分有利的。但目前國際上不存在一個統一的空中接口標準，而且固定無線接入系統與移動通信系統不同，不需要支持終端的漫游。因此從促進技術發展和業務應用的角度考慮，目前不制定統一的空中接口規范，而對空中接口物理層提出基本要求。暫時對MAC層協議不做規定，僅進行功能性要求。待將來有統一的國際標準后，同時結合設備情況對MAC層進行補充。對于空中接口的物理層，需規范一些最基本的要求，如擾碼、前向糾錯、調制、發送波形形成等。發送端一般采取RS編碼加交織的方式，以提高系統的糾錯性能。

為解決下行鏈路廣播方式所造成的用戶安全性和保密性問題，空中接口協議應該具有支持安全性所必需的功能。

系統可支持單一調制，但也可以支持多種調制方式，并能通過網管系統進行配置。應對系統支持帶寬、誤碼性能、同步性能、時延和可用性提出要求。收發信機和天線特性應結合我國LMDS頻譜分配情況進行規定，應對基站和遠端站發送功率、接收機靈敏度、動態范圍等提出要求。對基站和遠端站天線的類型、增益、極化方式、雜散輻射、扇區天線波束角和抗多種干擾能力也要提出要求。此外，系統必需支持自動發送功率控制。系統網管應支持最基本的配置治理、性能治理、故障治理和安全治理。

ISM頻段內無線接入技術

ISM（工科醫）共用頻段是國際電聯（ITU）為ISM設備專門劃分的專業頻段或與其無線電業務共用的頻段。目前包括藍牙/微微小區無線接入、計算機無線局域網等業務也工作在2.4GHzISM頻段。藍牙等無線個人局域網（WPAN）無線接入技術也是今后一段時期內無線接入技術發展應用的熱點方面。假如說上面所介紹的幾種電信網絡無線接入為解決寬帶網絡入戶的“最后一公里”提供了解決方案，那么，以藍牙、HomeRF等無線個人局域網技術則解決了“最后50米”的接入問題。現在介紹藍牙等無線個人局域網技術的文章很多，本文不再一一贅述其技術原理了。

目前我國2.4GHz頻段上業務應用狀況比較復雜，有以藍牙為代表的無線個人局域網技術，計算機無線局域網（室內），ISM（工科醫）設備和有執照的擴譜系統（SS）。因此應用間的相互干擾問題是客觀存在的問題。在2.4GHz頻段上典型ISM設備主要是家用微波爐和商用微波爐。由于微波爐的功率很大，如有泄露，對其他應用會造成很大影響。有實驗表明，過于靠近微波爐的藍牙系統的誤碼率會大大增加。同時藍牙設備和無線局域網之間的影響也是必須考慮的。相比較，藍牙設備功率只是WLAN功率的5%左右，對WLAN的影響不大，而藍牙設備在無線局域網環境內通信距離縮短到2米左右才能保證正常工作。因此如何解決應用間頻率共用問題應認真考慮。

我國對2.4GHz頻段內正式開放無線電業務的電臺（計算機無線局域網和ISM設備等除外），操作使用時均需辦理無線電執照后，才能正常操作使用。對藍牙這類跳頻擴譜設備應明確其無線電治理方式。假如按微功率設備相關規定治理，不頒發電臺執照，則必須加強對發射設備的認證和檢測。

在藍牙非凡愛好組（SIG）的大力推動下，藍牙的標準化進程進展迅速。目前藍牙技術標準2.0版本的協議規范也正在討論過程中。同時其他一些國際標準化組織也關注藍牙技術標準的發展。IEEE已專門成立了802.15工作組，其主要目的是在個人工作空間內建立無線通信的國際標準，實現和802.11協議族（計算機無線局域網協議）的融合。國內成立了一些論壇組織和生產研究部門也開始關注和研究藍牙技術。

總之，藍牙等短距離無線接入技術有其發展的前景。在產業界、學術界和主管部門的共同推動下，在無線電頻率治理、標準化研究、科研開發、生產方面取得明確的成果后，才能加速藍牙等短距離無線接入技術的發展和應用，為社會提供所需要的成熟產品。

展望

由于國家在通信領域推進鼓勵競爭的政策，同時多媒體業務在通信領域中廣泛應用，移動與因特網的結合，形成了我國通信市場的新格局。包括ISP在內的新的運營商對無線接入非凡是寬帶無線接入給予了極大的關注。因此寬帶無線接入將在寬帶網絡的發展中扮演著越來越重要的角色。主管部門應積極為寬帶無線接入的發展提供一個良好的政策環境。應本著有效利用、鼓勵競爭、保證質量和規范有序的原則，解決寬帶無線接入系統的頻率規劃和運營管制，以促進業務健康發展，保證向用戶提供良好的業務服務質量，并扶持產業的快速發展。同時也要加速解決技術標準的問題。應積極吸納企業參與標準化的過程，將國內科研開發與標準制定有序地結合起來。標準的制定一方面應保證業務和網絡的互聯、互通、互操作，也應有利于技術的發展。在產業界、科研部門和行業主管部門的共同努力下，無線接入技術的發展將會有一個良好的前景。

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