浅析LMDS多点分配接入技术（二）

5.LMDS工程设计应考虑的因素

在进行LMDS系统工程设计时，应多方面考虑，设计工作的基本思想在于如何自适应地为用户提供最高的频带利用率，可靠的通信质量，提供更多的业务，降低建设成本，提高企业效益

LMDS系统设计应考虑的主要工程因素有：通信距离、频率重用与扇区细化、雨衰影响、多址访问方式等。

5.1业务支持与带宽分配

从用户业务的角度，LMDS系统必须支持ATM和TDM等业务的接入，能够支持话音、数据等各种业务；能够提供复杂的系统处理，以充分利用现有的带宽。LMDS带宽的分配基于QoS参数（CBR、VBR等），在下行链路上，每个带宽分配基于ATM－ QoS优先级；在上行链路上，远端监视站监视业务的排队情况，根据需求申请带宽，主站对申请进行排队处理，通过高速MAC空中接口规范对带宽进行分配。在QPSK、16QAM、64QAM三种调制模式中，混合调制是一种可以充分利用带宽、优化覆盖和容量、降低系统初期投资的调制方式。在工程设计时，必须考虑提供高阶的调制、动态的调制匹配和带宽管理；提供特别的调制解调器、动态输出功率控制和性能卓越的天线。选择合适的调制解调器，能够减小频谱的旁瓣，实现扇区的邻频道复用；动态输出功率控制要求选用能保持所需链路的最佳发射电平，从而减小载干比，有利于频率复用；天线卓越的旁瓣和背瓣特性，也可以起到频率复用作用。

5.2通信距离

LMDS系统通信距离的大小，受诸多因素影响。例如雨衰、可用度（系统一年中连续工作比例）、误码率、扇区角度、系统的工作频率、信号调制方式等。

5.2.1衰落

①阻挡衰落；阻挡衰落是指由于电波传播路径不满足余隙标准而带来的附加衰减，在LMDS系统应用环境下，造成余隙不够的主要因素是建筑物阻挡，例如：在26GHz频段，2kM路径按0.6F1（F1：第一菲涅尔区半径）设计，在路径中点的余隙应大于或等于2.4米，这个余隙标准不仅针对从建筑物顶部电波穿越时要得到保证，而且包括从建筑物边缘（楼间）穿越时也应有足够的余隙。

当余隙小于0.6F1时将出现阻挡衰减，衰减的大小取决于余隙的尺寸和阻挡物的物理形状，阻挡衰减势必使衰落储备降低，虽然在LMDS系统应用中由于空中传输距离较小，平衰落引起的中断问题可以不予考虑，但衰落储备的降低必定使降雨带来的不可用性指标恶化，在LMDS系统传输设计和工程实施中应引起足够重视。

②多径衰落；由于工作在26GHz的LMDS系统大多是在城市环境中应用，传输距离短，建筑物对26GHz频率的信号反射衰减较大（约20dB以上），因此，多径引起的衰落现象对不可用性指标带来的影响很小，可以不予考虑。

③降雨衰减；由于LMDS系统工作在26GHz频段，其波长与雨滴尺寸相近，因此，由于降雨对电波引起的吸引和散射将使信号经受衰减，这种衰减呈现非选择性能和缓慢的时变特性，是导致信号劣化，影响系统可用性的主要因素，国际电信联盟对降雨的影响已进行了深入研究，在ITU-R P.837建议中，将地球分为15个降雨气候区，分别以大写字母A到Q来表示，每一降雨区是以与它相关的降雨强度统计来表证，并给出了对应不同降雨强度所发生的时间概率。遵照ITU-R P.838建议，可以针对工作频率、极化和降雨率计算比衰减（dB／Km）和有效路径长度（这是考虑到在整个传输段长度上降雨强度不是均匀分布的缘故），进而可以针对衰落储备值Ft计算出在一定传输距离下，降雨衰减超出Ft的时间百分数P，或反之，根据雨衰特性及Ft求出在保证P值一定的情况下可用的通信距离是多少。必要时，还可以根据在ITU-R P.841建议，从长期百分数P变换到最坏月份百分数Pu。在考虑LMDS因雨衰引起的不可用性指标时，时间百分数P即为不可用性指标。

雨衰影响是LMDS系统设计必须予以考虑的重要因素。这是因为微米波的波长与雨点的直径在同一数量级，因此抗雨衰性能差。

5.2.2可用度和误码率；LMDS系统的可用度和误码率指标由运营商根据实际需要决定。可用度与误码率成反比，误码率越低则可用度越高。一般讲，LMDS系统可调扇区角度为15°～90°，每个扇区支持带宽为200Mbit/s，每个用户最大可用带宽为40Mbit/s，因此当基站采用15°扇区、360°扇区覆盖时，一共24个扇区可支持的总带宽为4.8GHz。扇区角度大小的选择根据所需覆盖的区域大小决定。

设备对系统不可用性的影响：

设备的可靠性通常用“平均故障间隔时间”MTBF来表征，在评估设备对系统不可用性影响时，还需考虑维护组织的有效性及设备的可维护性水平，他们决定了当系统出现故障时所需的平均修复时间（用MTTR表征）的长短，以大唐无线通信公司的R3000 LMDS系统为例，说明由于设备特性所引入的不可用性指标如下：

MTBF=20万小时；

MTTR=2小时（因LMDS系统应用于城市环境，交通方便，基站各部件可热插拔，CPE按模块化设计，网管系统完善）则；

设备的不可用性=[100-（MTBF×100/MTBF+MTTR）]×100%=0.1% ；

在R3000 LMDS系统中，基站是有冗余设计的（主控板、ATM复用板、电源系统、调制单元、上下变频单元及ODU均可按1+1或N+1冗余配置）。但在所有点对多点的LMDS系统产品中，这些冗余设计均是有损伤切换的，对可用性的改善度主要体现在MTTR中，冗余对外部馈电系统故障及雨衰中断不起任何作用。

5.2.3频率重用与扇区细化；LMDS系统的频率重用，可以采用加隔离带或交叉极化隔离的办法。采用加隔离带会引起保护隔离带资源的浪费，所以一般采用交叉极化隔离的办法。在交叉极化隔离中，要求天线前后隔离度大于40dB，交叉极化隔离度大于30dB。扇区细化一般是出于扩大网络容量考虑，P-COM公司提供的扇区等级有15°、22.5°、30°、45°、60°、90°几种。

5.2.4多址访问；多址访问LMDS系统采用的多址访问技术主要有TDMA和FDMA两种机制，TDMA通过统计复用的方式动态分配带宽的性能，特别适合于突发性很强的IP数据业务，但TDMA经过多层打包，开销较大。因此，在工程设计中，要根据实际业务需要，将TDMA和FDMA两种机制结合起来灵活选用。

5.2.5关于调制方式；多数LMDS系统产品采用QPSK（或4QAM）和16QAM自适应调制方式，部分产品仅使用QPSK（或4QAM）一种调整方式，大唐无线通信公司的R3000 LMDS系统采用了QPSK和16QAM自适应调制技术及RS前向纠错，接收机门限在BER=10-9时分别是－77dBm／16QAM和-83.3dBm／QPSK，两种调制方式在系统参数相同的情况下，衰落储备差6.3dB，有人认为从抗雨衰能力的角度出发，16QAM技术并不可取，这种看法是片面的，因为，对一个特定的降雨区要求可用性指标达到99.99%时，最大通信距离必然是按QPSK调制方式下估算的，如果同样在这个距离上使用16QAM调制方式时，可用性指标将劣化到95%，这就意味着LMDS系统可以在95%的时间内可以工作在16QAM方式下，也就是在95%的时间内在14MHz带宽上可传输16Mbps速率信号，仅在5%的时间段因降雨调整到QPSK方式下工作，此时，在14MHz带宽上仅可传输16Mbps速率信号，相比之下，单纯采用QPSK（或4QAM）调制方式的系统，在同样距离上99.99％的时间，在14MHz带宽上，都只能传输16Mbps速率信号，两者的优劣自然是十分清楚的。当然上面在16QAM方式下的可用性数据仅是一个设计期望值，实际情况会因不同气候区而异，大唐无线通信公司的R3000LMDS系统16QAM与QPSK自适应转换的判决区间是SNR=（16～25）dB。 在考虑到16QAM与QPSK两种调制方式下，传输速率相差一倍的因素时，凡具有这种性能的LMDS系统对用户业务的QoS保证应有相应的策略。有的LMDS系统设计时， 规定了一个载波允许IP业务应用的带宽上限，其他带宽用于最高优先级的专线业务，有的LMDS系统设有安排IP业务的带宽上限，在这种情况下，网络规划时需要小心，即当以专线业务为主的应用时，其可用带宽应以QPSK方式下的传输速率为依据，或当即有专线业务，又有IP业务时，可以在一个载波上，按QPSK条件下安排一定的专线业务带宽，在16QAM条件下，按COS等级为不同用户的IP业务分配带宽，如果专线业务带宽不足，或承诺带宽业务较多时，可通过增加扇区载波数量的方法予以解决。当然，在不同降雨区，业务带宽分配策略可以灵活运用。

6.LMDS系统的应用

LMDS（26GHz）系统自1998年开始进入中国市场，历经两年多的技术试验阶段后，终于完成了行业标准和频率规划的制定，并于2002年开始进入了商用试验阶段。26频段频谱资源丰富，按FDD双工方式规划的LMDS工作频率范围为24450～27000MHz，其中，可用带宽为：1008MHz×2，可采用的波道配置有4种方案，其基本信道间隔为3.5MHz、7MHz、14MHz和28MHz。工作在26GHz的LMDS系统相对低频段无线接入系统而言自然其接入带宽大是其重要的特点，系统的主流技术均是以支持综合业务接入为设计目标，当前，LMDS系统空中接口协议没有也难以形成统一的标准，在一定程度上给运营商的技术选择带来些困惑。为此针对LMDS系统的几个热点问题进行探讨。

6.1 ATPC（自动发信功率控制）

ATPC技术本身主要是为了解决系统间干扰及雨衰两个互相矛盾的问题而设计的，LMDS系统是点对多点通信系统，在一个扇区内，不同的用户终端与基站距离不同，在同一基站范围内最好的设计是所有扇区及一个扇区内的所有远端站达到基站接收机的收信电平相近，这样可减少扇区之间或同一扇区由不同远端站引入的相互干扰，因此需要系统具备ATPC功能，而在考虑同城域不同基站之间的干扰时，希望各基站在保证必要的误码特性条件下，尽量降低发信功率，那么，这势必使每段电路的衰落储备降低，在出现一般降雨时，不可用性指标就已开始劣化。因此，兼顾雨衰而引起的不可用性，在系统设计时采用了ATPC技术，使随着雨衰的增加和误码性能的恶化，系统自动调整发信功率，直到最大发信功率为止，从而解决了前述所说明的矛盾问题。由于雨衰而导致的不可用性是由最大发信功率决定的，因此ATPC并不会对系统可用性指标带来改善。

6.2 LMDS/MMDS混合型无线宽带接入

随着国内电信市场的变化，无线宽带接入技术现阶段主要支持固定无线业务，根据运行的频率，主要分为MMDS系统和LMDS系统：

6.2.1 MMDS系统主要运行在3.5G频段，可用带宽为2×30.5M，传播为准视距传播，支持多扇区组网，支持QPSK、16QAM、64QAM调制方式，基站侧可提供100Base-T接口、155MSTM-1/OC-3接口或V5接口与骨干网相连，终端侧可提供E1、FE1、N×64Kb/s、POTS、10Base-T接口、FR、ISDN接口，下行复用方式为TMD、FDM方式，上行多址方式为TDMA、CDMA等，可提供电话、数据、视频业务等。通常视支持业务情况，可选择基于电路方式、IP方式或ATM方式的设备。

6.2.1 LMDS系统主要运行在26G频段，可用带宽为2×1.008G，传播为视距传播，支持多扇区组网，支持QPSK、16QAM、64QAM调制方式，基站侧可提供100Base-T接口、155M STM-1/OC-3接口或V5接口与骨干网相连，终端侧可提供E1、FE1、10/100Base-T接口、FR、ISDN、25M或155M ATM UTP接口等，下行复用方式为TMD、FDM方式，上行多址方式为TDMA、CDMA、FDMA等，可提供电话、数据、视频业务综合业务平台。

6.2.3MMDS系统与LMDS系统比较。MMDS与LMDS系统在容量上、传播距离上各有优势与劣势。在业务上，MMDS系统适合于用户分布较分散，而业务需求却不大的用户业务模型；LMDS系统则适合于用户分布集中，业务需求量大的用户业务模型，如大中城市密集城区的商业大厦、高档写字楼、大集团等用户。因此，我们必须对目前开展的业务及短期内的发展做一个综合的评估，根据用户的需求和分布来选择适当的系统和解决方案。

目前，结合中国市场的具体情况和各宽带无线接入设备的特点，提出LMDS/MMDS混合型无线宽带接入的整体解决方案。LMDS/MMDS混合型无线宽带接入网络结构分为三个层次，第一层以容量较大型的LMDS设备，建设“无线光纤”骨干网，同时解决大容量业务接入业务。第二层，依托LMDS骨干网，以LMDS提供传输资源，建设MMDS网，加强网络的覆盖，解决中小容量的接入业务。第三层，以PDH微波、2.4GHz/5.8GHz点对多点微波作为补充接入手段。

这种方案的一个主要优势是充分考虑了LMDS容量大，但系统中心站及远端站的价格较为昂贵，单个基站的覆盖面积较小；而MMDS容量小，但终端价格便宜，基站覆盖半径大的特点。以LMDS容量优势，解决集中在密集城区具有大容量业务需求的商业用户，利用MMDS低价位的无线设备满足现阶段中小企业用户及个体用户的业务需求。同时，在网络覆盖上，LMDS/MMDS混合组网以部分区域重叠覆盖的形式，实现大面积多业务的提供。这样就可以克服LMDS系统覆盖受限及MMDS容量受限的缺点，最大程度上降低初期的投资。 LMDS/MMDS混合型无线宽带接入网具有以下主要技术优势和特点：

6.2.4网络建设方面。在大中城市重点发展LMDS/MMDS混合型无线宽带接入网，适合于拥有骨干网传输资源而本地接入资源相对匮乏的运营商快速开展业务、参与市场竞争，提高骨干网的经济效益。

6.2.5业务能力方面。充分利用LMDS传输容量大的特点，集中解决大集团、大客户的多业务接入；利用MMDS设备成本低，特别是终端价格低的优势，重点发展中小企业、小商业用户的接入业务。

6.2.6市场运营方面。由于大的商业用户多集中在各商业中心，在市中心、各商业中心、产业区以LMDS网络热点覆盖，而由MMDS解决城市、城郊的普遍覆盖问题。LMDS/MMDS混合型无线宽带接入网在网络覆盖和系统容量分配上，符合城市商业用户在地域上分布的实际情况。根据用户情况，可以灵活进行资源配置，最大程度节约投资。

6.2.7网络传输方面。利用LMDSATM传输机制，作为无线宽带接入的骨干网络，提高QoS的保证。同时解决无线宽带接入网中第二层MMDS网络的接入和传输。

6.2.8在频率资源和覆盖方面。LMDS具有较丰富的频率资源，便于运营商特别是大运营商在全国范围内进行网络的统一规划和统一建设。同时利用MMDS良好的传播特性，在网络的覆盖上，对无线宽带网络的覆盖能力进行有力的补充。

对于LMDS/MMDS无线宽带接入网，产品设备类型的选择十分重要。除了产品质量和可靠性外，运营商还应重点关注LMDS系统容量和终端接口的多样性方面；对于MMDS设备，由于其面向中小型商业用户，设备选择应注重产品价格成本，特别是终端。

7. LMDS系统的典型应用领域

7.1 LMDS在数据通信网中的应用

LMDS系统作为数据通信网的接入部分，起连接业务节点接口和用户网络接口的桥梁作用。此应用是传统电信运营商在已有网络的基础上，作为光纤接入的补充手段，短期内满足用户对宽带业务需求的有效方式。上海试验网以上海ATM宽带平台为基础，采用基于ATM信元复用的连续载波在基站和用户站间的传输数据。试验对视频点播、会议电视和INTERNET接入等业务进行了测试，结果表明LMDS系统可作为宽带ATM网一种灵活的接入方式，为宽带用户提供良好的服务。

7.2 LMDS在移动通信网中的应用

在GSM移动网中，基站控制器（BSC）经光纤与基站收发信号（BTS）相连，光纤虽具有带宽的特点，但铺设施工困难，不利于网络拓扑结构的变化。采用LMDS系统实现BSC和BTS间的互连，既保留了光纤连接带宽的的优点，又缩短了系统建设的周期，实现了BSC和BTS间的“软连接”，并为网络拓扑结构的进一步优化提供了便利。

7.3 LMDS构建本地信息环路

以LMDS系统的骨干网为基础，采用合理的组网技术构建高速交换平台，通过自己建设、网站镜像或从外面引进信息等丰富本地信息业务，并租用电信部门出口线路实现本地环路与INTERNET的互连。考虑到本地信息交换平台需为用户提供多样化的服务，且未来网络中的主要业务将来自IP，所以采用IP核心网，同时外加ATM交换层，即实现了与LMDS系统空中ATM接口的一致性，又有效支持各种类型的业务（如DDN、FRN等）。该应用对新兴运营商可以实现一次性投入少、开通快、组网灵活和扩容方便等优势，LMDS系统的宽带性和廉价性也符合目前用户对宽带业务的需求。

7.4 LMDS在广播电视网中的应用

Celluar Vision公司在纽约建成了一个28GHz的LMDS广播视像系统。该系统是目前世界上最成熟的LMDS系统，主要为用户提供多频道的电视节目，价格低于其竞争对手30％，到1997年底已拥有用户12000个。此系统能提供48Mbps的下行数据速率，由于开通较早，系统本身是单向的，用户需通过PSTN实现上行链路连接。现在利用LMDS系统构建本地交互式电视分配网在技术上已没有任何问题。

7.5 LMDS构建综合业务接入网

建设集话音、数据和视像于一体的综合业务接入网，既符合“三网合一”的趋势，又可满足用户对多媒体业务的需求。通常认为实现接入网的全光化（FTTH）是构建综合业务接入网的最佳解决方案。但采用全光接入网在目前仍有很多困难，如光纤的建设和运营成本昂贵，光纤的铺设涉及市政、交通和环境等方面等。LMDS系统可支持的最高接入速率达155Mbps，能够满足用户对通信带宽日益增长的需求，而它启动资金少，开通速度快和扩容灵活等优点对不具备光纤接入能力的运营商来讲，无疑是和短期内拓展宽带业务，满足市场需求的有力手段。

7.6 LMDS在城域网中的应用

LMDS技术的出现与成熟，为运营商解决城域网的用户接入提供了理想的解决方案。LMDS技术以其特有的高带宽、多业务、易部署、投资低的优势，彻底打破缺乏线缆资源的网络运营商在城域网最后一公里接入上的瓶颈。

对于采用ATM技术城域骨干网的运营商，7390基站可以通过ATM接口直接与城域网中的ATM交换机相连；对于采用MSTP与SDH结合作为城域骨干网的运营商，7390基站可以通过E1接入城域骨干网络；对于采用纯IP技术的运营商，则可以通过前置以太网交换机实现IP与ATM的转换进行接入。每个中心基站最多可以支持225个用户端站的接入，适用于各种密度的用户区域。由此可见，7390LMDS适用于国内各大运营商在城域网中的接入应用。

在用户端，为电信终端用户提供最丰富的业务接口，包括模拟话音POTS接口、ISDNBRI接口、E1以及n×64k数据专线接口、10/100BaseT以太网接口、ATM over STM－1接口。提供的业务涵盖了：话音业务，如简单话音业务、企业交换机PABX的接入以及通过增加一个VoIP网关实现IP电话等等；宽带数据业务，如企业内部网Intranet、虚拟企业专网VPN、ATM数据网络接入、增加一个DSLAM设备还可以实现DSL的接入；专线业务，如2M E1专线、n×64k数据专线等。

在网络管理方面，根据用户网络规模有两种网管系统可以使用：分别为基于普通笔记本电脑的简单网管和5620综合网管。前者可以对单个LMDS系统通过友好的图形界面进行管理；后者功能更加强大，除了可以管理LMDS系统之外，还可以对上海贝尔阿尔卡特所有的数据产品进行管理。如果运营商已经配置了5620综合网管，则只要升级网管软件即可实现对LMDS系统的管理。

LMDS系统还具有以下一些特点，如动态带宽分配技术，可使得网络资源得到最充分的利用。LMDS系统可以在同一服务小区内的不同用户端站之间，也可以在同一用户端站内的不同业务接口之间，进行带宽的动态按需分配；同时也可以设定不同的优先级别，自动增益控制；适应不同的传播环境，带宽超额预定，确保运营商利润最大化。

基于先进可靠的技术性能、丰富的业务支持以及全球最广泛的成功商用，我们有理由相信， LMDS系统将是国内各大运营商在解决城域网最后一公里的用户接入的最佳手段.