3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)技術分析

摘要：當前國家已經(jīng)啟動了3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)，討論了3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)結(jié)構并對該系統(tǒng)所涉及的技術進行分析，與其他的一些接入方式作為較詳細的比較。

信息產(chǎn)業(yè)部已于2001年6～8月就重慶、武漢、南京、廈門和青島五城市的3.5GHz固定無線接入頻率和經(jīng)營許可進行了招標?，F(xiàn)即將在全國32個城市進行招標，預計3.5GHz固定無線接入的市場將于今年啟動。隨著電信格局即將發(fā)生的巨大變化，3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)的競爭也更趨激烈。

3.5GHz固定無線接入FWA（Fixed Wireless Access）系統(tǒng)采用點對多點微波技術。該系統(tǒng)在傳統(tǒng)的電路型無線通信技術中融合了IP數(shù)據(jù)通信技術，主要提供大容量的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務接入，也可以為窄帶無線系統(tǒng)和移動基站提供回傳連接。對于不便鋪設光纜的用戶、相對分散鋪設光纜不經(jīng)濟的用戶以及對開通緊迫性很強的用戶，引入快速經(jīng)濟固定無線接入系統(tǒng)可為用戶提供急需的接入服務，對解決“最后一公司”接入網(wǎng)的瓶頸問題，起到了有力的補充作用。因此具有廣泛的商業(yè)應用。價值和發(fā)展前景。

1 3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)結(jié)構

系統(tǒng)構成一般包括中心站（CS）、終端站（TS）和網(wǎng)管系統(tǒng)三大部分。中心站和終端站又分別可分為室內(nèi)單元（IDU）和室外單元（ODU）兩部分。3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)是一種點到多點的分布式系統(tǒng)，TS用戶通過用戶接口網(wǎng)絡（UNI）與單個的用戶終端（TE）或者一個用戶駐地網(wǎng)（CPN）相連，中心站（CS）通過業(yè)務節(jié)點接口（SNI）與外部網(wǎng)絡相連。系統(tǒng)結(jié)構如圖1所示。

    （1）中心站（CS）

中心站位于服務區(qū)中心，邏輯上可以分兩個部分：中心控制站（CCS）和中心射頻站（CRS）。中心控制站是業(yè)務匯聚部分，并提供到網(wǎng)絡側(cè)的接口；網(wǎng)絡側(cè)的接口一般有STM-1、10/100Base-T、E3/T3、n×E1等接口。中心站覆蓋的服務區(qū)一般分為多個扇區(qū)，每個CRS對應一個扇區(qū)，每個扇區(qū)可以對一個或多個遠端站提供服務。CCS將來自各個扇區(qū)不同θ用戶的上行業(yè)務量進行匯聚復用，提交不同的業(yè)務節(jié)點；將來自不同業(yè)務節(jié)點的下行業(yè)務量分送各個扇區(qū)。

（2）終端站（TS）

在3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)中，終端站（TS）屬于遠端設備，設置在用戶駐地，為用戶提供系統(tǒng)的接入點并為用戶提供各種業(yè)務接口?？商峁┙涌陬愋桶?0Base-T、E1、n×64Kbps、FR、POTS或ISDN接口。

（3）接力站（RS）

接力站作為系統(tǒng)實現(xiàn)的可選項，用以轉(zhuǎn)發(fā)中心站和終端站之間的信號。RS天線可以采用扇區(qū)天線或小波束角定向天線。

（4）網(wǎng)管系統(tǒng)

3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)一般采用基于圖形界面的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，系統(tǒng)可運行在MicrosoftWindows NT或UNIX平臺上。用戶使用系統(tǒng)可輕易地對網(wǎng)絡進行配置和管理。網(wǎng)管系統(tǒng)的功能一般包括配置管理、性能管理、故障管理、安全管理及計費信息的收集等。

2 系統(tǒng)性能特性

2.1 頻率使用

根據(jù)國家無線電管理避已頒布的3.5GHz頻段地面固定無線接入系統(tǒng)所用的頻率資源和相關頻率參數(shù)，其雙工方式為FDD，上行遠端站發(fā)射頻段為3399.50～3431.00MHz；下行基站發(fā)射頻段為3499.50～3531.00MHz；同一波道收發(fā)射頻頻率間隔100MHz。

2.2 調(diào)制方式和多址方式

調(diào)制方式主要包括GFSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等。調(diào)制方式不同調(diào)制效率Em(bit/s/Hz)不同，由以下公式給出：

Em=[(log2(M) ·R)/1+r]bit/s/Hz

其中，M為調(diào)制階數(shù)，R為編碼率，r為濾波器滾降系數(shù)。調(diào)制效率隨著調(diào)制階數(shù)的增大而增大。但是實際工程中，外界干擾對系統(tǒng)性能的影響將急劇增加，會降低系統(tǒng)的性能，因而可根據(jù)需要采用自適應調(diào)制技術或者根據(jù)具體情況選擇調(diào)制方式。在一個扇區(qū)可以采用多個調(diào)制方式混合使用，其目標是使得在任何一點都將采用盡可能高效的調(diào)制方式。也就是在一般情況下，根據(jù)傳輸質(zhì)量和傳輸覆蓋范圍，離基站近的區(qū)域可以使用比較高效的調(diào)制方式，距離大時采用更可靠的方式。

常用多址技術有頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）。根據(jù)3.5GHz固定無線接入的一些特殊情況，具體采用那一種多址方式，需要根據(jù)業(yè)務模式、技術成熟程度、性價比等來考慮。

傳統(tǒng)的FDMA效率較低，但是目前出現(xiàn)的W-OFDMA以及動態(tài)FDMA技術使得接入效率大為提高。OFDMA經(jīng)過串并變換到各個正交子載波上后，并行碼元信號周期遠大于串行信息碼元周期，再加上保護間隔，使其能基本消除碼間干擾。因此與其他接入技術相同的高斯噪聲相比信道上能支持更高標準的干擾，而且在OFDMA時信道均衡非常容易，QPSK情況下不需均衡器。OFDMA現(xiàn)已被IEEE 802.16 TG3標準確立為唯一的傳輸方式。動態(tài)FDMA技術根據(jù)業(yè)務量調(diào)整調(diào)制解調(diào)器的參數(shù)，動態(tài)分配每個頻分信道的帶寬，在兩個不同極化的扇區(qū)中使用同一頻率以提高頻率利用率。但是OFDMA對相位噪聲非常敏感，對同步和前端放大器的線性要求更加嚴格；動態(tài)FDMA對調(diào)制解調(diào)和ODU要求嚴格。

CDMA主要基于擴頻通信的基本原理，使得傳輸信息的信號帶寬遠大于信息本身的帶寬，擴頻碼采用正交碼或準正交碼作地址碼實現(xiàn)碼分多址，CDMA主要應用在北美蜂窩標準IS-95、IMT-2000以及衛(wèi)星通信等。CDMA的優(yōu)點是容量大、抗互擾能力強、信號功率譜密度低、相關特性好，CPE峰值功率和平均功率的比值小，但是當PN碼正交性能欠佳或者干擾超過干擾容限時，性能將惡化，因此抗自擾能力相對欠缺。另外占用的信號頻帶寬，擴頻后的帶寬遠大于擴頻前的信息；地址碼數(shù)量大的限制，對大容量的通信也有一定的限制，因此在頻率資源有限的情況下，將帶來不少的麻煩。

TDMA是發(fā)達端對所發(fā)信號的時間參量進行分割，形成許多互不重疊的時隙。因此抗自擾能力極佳，而且對時隙的管理和分配通常要比對頻率的管理和分配簡單又經(jīng)濟，這樣TDMA也具有較大的信息傳輸能力，易于實現(xiàn)帶宛動態(tài)分配，比較適合突發(fā)性較強的業(yè)務流量。但是TDMA抗互擾能力差，相鄰小區(qū)重復使用頻率受限制，因此系統(tǒng)容量低于CDMA，且CPE峰值功率和平均功率的比值相對CDMA非常大，對同步要求比較高。

2.3 扇區(qū)調(diào)制效率和容量計算

系統(tǒng)在服務區(qū)范圍內(nèi)，一般通過劃分多個扇區(qū)對頻率進行再用以提高系統(tǒng)容量，而扇區(qū)在不同部分根據(jù)實際情況例如鏈路距離采用不同的調(diào)制方式，這使扇區(qū)的不同部分有不同的調(diào)制效率，因此有必要計算整個扇區(qū)的平均效率。那么扇區(qū)的平均調(diào)制效率計算如下：

這里∑是所有調(diào)制區(qū)域的加權。頻率再用率和扇區(qū)平均調(diào)制效率是通過具體劃后得出的，而且需要經(jīng)過多次反復規(guī)劃后才可確定，以實現(xiàn)規(guī)劃得出的值為準，這個數(shù)值是可以變動的，目的是使其最大扇區(qū)容量達到最大。

固定無線接入網(wǎng)絡容量可以由以下公式給出：

每個基站頻率資源=運營商可用頻率資源×平均調(diào)制效率）

3 與其他寬帶接入技術的比較

目前全球?qū)拵ЬW(wǎng)絡熱度空前高漲，各網(wǎng)絡運營商競相在各大市場構建寬帶IP城域網(wǎng)，提供低廉的高速IP接入服務，參與電信市場的競爭。而寬帶接入技術的種類也繁多，主要有以下幾種方式：

（1）光纖接入方式（FTTX）

光纖接入網(wǎng)有光纖到戶（FTTH）、光纖到大樓（FTTB）、光纖到路邊（FTTC）、光纖到小區(qū)（FTTZ）等多種形式。利用光纖傳輸介質(zhì)，提供高帶寬、高可靠性和高抗干擾性的數(shù)據(jù)傳送，接入網(wǎng)常用形式有ATM VP自愈網(wǎng)、ATM無源光網(wǎng)絡（APON）等，還有SDH環(huán)網(wǎng)等傳統(tǒng)技術。APON的優(yōu)勢在于：它結(jié)合了ATM多業(yè)務、多比特率支持能力和PON透明寬帶傳送能力業(yè)務的接入非常靈活。但是鋪設光纖相對投資較大、耗時較長，有些地方鋪設極為不便等問題，因此不少公司均發(fā)展XDSL傳輸系統(tǒng)。

（2）高速數(shù)字環(huán)路（XDSL）技術

基于XDSL技術的銅線接入技術適用于已有的電話基礎網(wǎng)絡，通過2B1Q、CAP（無載波調(diào)幅調(diào)相）、DMT（離散多音）等頻帶編碼技術，挖掘雙絞線高頻段帶寬的資源，通過帶寬倍增技術實現(xiàn)寬帶接入，滿足高數(shù)據(jù)通信需求，主要技術有ADSL、HDSL、VDSL等。VDSL的傳輸距離短，必須建立在FTTB基礎上，而ADSL線路較長，容易受外界干擾同，造成速率波動。

（3）光纖風軸混合網(wǎng)絡（HFC）

基于同軸電纜接入的HFC方式是在傳統(tǒng)同軸CATV技術基礎上發(fā)展起來的，利用頻分復用技術實現(xiàn)模擬電視、數(shù)字電視、電話和數(shù)據(jù)同時傳送。系統(tǒng)成本比光纖環(huán)路低，并有銅線及比絞線無法比擬的傳輸帶寬，適合當前模擬制式的高質(zhì)量視頻業(yè)務市場和CATV網(wǎng)使用。但是當前HFC都是單向的，要實現(xiàn)雙向通信，其改造的費用非常高昂，難度也非常大。

（4）LMDS技術

LMDS工作在10GHz以上，可用頻帶寬，高達1GHz，可以承載幾乎任何通信業(yè)務，包括話音、數(shù)據(jù)、圖像及多媒體等?？商峁┒喾N通信系統(tǒng)一般具有的優(yōu)勢，如建設成本低、啟動資金較小、建設周期短、投資回收快、網(wǎng)絡運行和維護費用低等特點。但是服務覆蓋范圍相對較小，一般為2～4km，不適合遠程用戶使用（在同樣傳輸距離的情況下自由空間損耗比3.5GHz固定無線接入至少低2dB）。通信質(zhì)量受雨、雪等天氣影響較大，大暴雨還可能引起無線通信鏈路的中斷。

（5）3.5GHz寬帶固定無線接入方式

3.5GHz寬帶無線接入方式以蜂窩式覆蓋，半徑10km左右，適合各種用戶接入。3.5GHz固定無線接入和其他接入技術相比，具有許多獨特的優(yōu)越性，具體如下：

·工程項目建設方便、快捷

無線系統(tǒng)與有線系統(tǒng)相比，很大的優(yōu)勢在于工程的啟動與實施非常迅速。開通快，建設周期短，組網(wǎng)靈活，用戶終端設備簡單，投資省。尤其在大城市，有線工程往往要經(jīng)過市政等部分的審批，因為對道路、綠地等環(huán)境破壞較大，而且施工量大，要受到多種因素的制約。

·一次性投資小，后期擴容能力強，投資回收快

固定無線接入系統(tǒng)的投資包括中心基站設備、用戶端設備、網(wǎng)管系統(tǒng)和其它附加費用。由于固定無線接入是一種利用基站覆蓋用戶端設備的體制，所以在網(wǎng)絡初期，只需小部分投資建立一個配置較簡單的基站，覆蓋若干用戶使用；基站設備相對比較復雜，價格較貴，所以用戶少時，平均每用戶成本較高。3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)自身的特點決定它更適合于大城市的城區(qū)或其它人口比較稠密的地區(qū)；由于傳輸質(zhì)量、距離受傳播環(huán)境影響大，所以在傳輸性能上與有線方式存在一定差距。

信息產(chǎn)業(yè)部已將其列為國家“十五”計劃重點建設項目。為此，必須加快發(fā)展先進的通信技術，以提高信息傳播的速度。當前，我國的通信基礎設施有了很大的改善，特別是骨干網(wǎng)中集波分復用等技術的引入，使得傳輸?shù)娜萘看筇岣?，雖然接入網(wǎng)也得到了一定的發(fā)展，還存在著較大的瓶頸，因此3.5GHz FWA的出現(xiàn)將進一步滿足接入網(wǎng)發(fā)展的需要。