固定无线接入技术在城域网中的应用

　　城域网对于电信运营商，特别是接入资源缺乏的运营商来说是至关重要的，但传统城域网的建设存在很多难题和不确定因素，而固定无线接入技术有着自身的优势，可以为目前以及将来拓展城域网业务、平滑演变和发展城域网提供很好的解决方案；同时，在无线接入系统的建设中需要注意频率规划、基站选址、干扰避免等问题。

　　一、城域网建设存在的问题

　　城域网的规划建设应以用户的带宽需求和今后各种业务的发展趋势为基础，根据市场预测需求和设备情况选择组网技术方案。从1999年起各大运营商陆续投入到城域网的建设中，而且还开展“跑马圈地”运动，但很快就停止下来，思考建设的必要性，其实这期间凸现了几个问题：城域网建设的投资大，牵涉协调面大，建设时间长，最主要的是宽带业务需求量小，用户需求集中在话音方面，网络建好了业务量很少甚至没有业务，这对运营商来说是个负担。

　　传统运营商本身有丰富的管道资源和铜缆资源，城域网建设的主要目的是建设宽带的网络；对于新兴运营商，建设城域网主要是接入用户，把骨干网的资源延伸到用户，然而市政建设对开挖道路、新建管线方面限制严格，采用有线接入手段解决所有问题很不现实，即使把管道光缆敷设到大楼外，但进大楼、租机房要与很多单位交涉，环节多。另外，往往存在光纤铺设到位后几个月，用户转网造成已有资源的极大浪费的问题。

　　归纳总结，当前城域网建设的局限性表现在如下方面：

　　城域网建设投资大，建设周期长，牵涉环节多；

　　城域网建设表现出盲目性，设备种类多，设备维护成本高；

　　用户业务分布没有确定性，用户转网频繁；

　　传输链路资源利用率低，网络资源总体过剩、局部不足的矛盾突出；

　　大量SDH环网叠加和互联，使到业务开通不灵活，开通时间长。

　　二、固定无线接入的技术优势

　　固定无线接入系统（如图1所示）一般由中心站（CS）、终端站（TS）和网管系统三大部分构成，其中，中心站和终端站通常又各自拥有室内和室外单元。室内单元（IDU）负责处理业务的适配和汇聚，连接不同的业务网；室外单元（ODU）为中心站和终端站之间提供射频传输功能，一般安置在建筑物的屋顶上。特殊情况下在中心站和终端站之间可以通过接力站（RS）进行中继。

　　固定无线接入系统的中心站通过有限个标准化的业务节点接口（SNI）与业务节点（SN）相连；终端站通过一个或多个用户网络接口（UNI）与用户终端设备（TE）或用户驻地网（CPN）相连，向用户提供宽、窄带业务。点到多点指的是一个中心站服务于多个终端站。典型的固定无线接入系统由类似蜂窝配置的多个中心基站组成，每个基站与服务区的多个固定用户通信。

1．固定无线接入技术特点

　　固定无线接入技术特点主要体现在多址方式、调制方式、双工方式、对电路交换与分组交换支持、动态带宽分配、空中无线协议、OFDM技术等几方面。

　　(1)多址方式

　　目前固定无线接入领域中有三种主要的多址方式——FDMA、TDMA和CDMA。单纯采用FDMA作为多址接入方式已经很少见，目前的实用系统多采用TDMA方式或采用FDMA+TDMA方式。TDMA的优点是频谱利用率高，适合不对称业务，而CDMA的特点是高可靠性和高频谱利用率。

　　(2)调制方式

　　目前固定无线接入主要选择采用以下几种调制方式：QPSK、16QAM以及64QAM，分别适应不同带宽及覆盖范围的需求。

　　(3)双工方式

　　固定无线接入系统是一个双向传输的系统，根据设备组成原理的不同其双工方式有TDD和FDD两种。在我国目前除5.8GHz频段无线接入系统外，无线电管理局规划的3.5GHz无线系统和26GHz LMDS系统采用FDD双工方式工作。

　　(4)对电路交换与分组交换的支持

　　在今后较长的时间内，电信运营商的主要任务仍是同时支持电路交换和分组交换两种网络，特别是在接入网这一层，市场对基于电路交换方式的接入设备仍有大量需求，固定无线接入系统对电路交换的支持是很重要。当然以IP为基础的QoS改进正积极进行，无线接入朝分组交换方向演进的大趋势是不容置疑的。

　　(5)动态分配带宽

　　固定无线接入系统要支持对带宽的动态分配，带宽只有连接请求以后才被分配。FDD方式，只能在上行或下行一个方向的总带宽中对各个用户进行动态分配，而TDD方式，可以实现在上、下行信道间的动态带宽分配。

　　(6)空中无线协议

　　目前空中协议有三种：DOCSIS、ATM和TDM。实际上这三种空中接口在物理层同属TDMA方式，只是把业务数据填充的方法不同，空中处理多址接入的协议不同。DOCSIS标准旨在支持所有基于IP的服务；在无线接入领域，最早采用的技术是TDM，为了适应市场对宽带接入的要求，逐步提出了将ATM引入无线接入网，将无线的统计复用功能与ATM的统计复用功能相结合，显着提高了频带的利用率，较好保证QOS和支持动态分配带宽。

　　(7) OFDM技术

　　OFDM（正交频分复用）技术在宽带无线接入领域的应用正在逐渐成为一种发展趋势。OFDM具有良好的选频衰落和抗多径干扰能力，使得无线接入系统对于视距传输的要求降低，特别适用于日趋复杂的城市传播环境。

　　2．LMDS与MMDS

　　固定无线接入技术中，LMDS的主要特点是频带宽，传输速率较高，但工作在毫米波范围，抗雨衰性能差。LMDS具有更高带宽和双向数据传输的特点，可以提供多种宽带交互式数据业务及话音和图像业务，几乎可以提供任何种类的业务。目前我国已完成LMDS频率规划，频段为24.507GHz～25.515GHz和25.757GHz～26.765GHz。2002年底，信息产业部批复四大运营商进行商用试验，中国电信和中国网通各分得114MHz，中国移动和中国联通各分得56MHz。

　　MMDS的主要特点是传输性能好，覆盖范围广，技术成熟，具有良好的抗雨衰性能，扩容性强，组网灵活且成本压力不大，是较为理想的无线接入手段。由于该频段资源比较紧张，能分给MMDS的频段窄，信道数少，所以需要用新技术来提高频谱利用率。目前，MMDS在国内主要用的是3.5GHz和5.8GHz频段。2001年和2002年国家无委针对3.5GHz频率资源进行了两次招标，第一批为5个城市，第二批为32个城市，除青岛市仅有一个4×3.5MHz频段资源外，其余各城市均是三个3×3.5MHz的频段资源。

　　三、固定无线接入在城域网建设中的策略

　　1．固定无线接入应用策略

　　固定无线接入并不能代替有线的城域网建设，有线城域网具有高带宽、扩展性强、运营性强的特点，但其建设成本投入大，受市政政策影响大。对于本地接入网资源不丰富的运营商，特别是新兴的运营商，还存在一个较大问题即业务点分布散，没有规律可寻，往往是城域网建设完后对业务接入并没有太大帮助，固定无线接入系统却能很好解决这个问题。固定无线接入也存在缺点，受无线环境干扰大、有效带宽小，没法真正解决用户的宽带接入；但目前电信业务还主要是话音业务，同时市场要求反映迅速、工程建设周期短、灵活拆迁等特点使得固定无线接入能很好满足要求。

　　基于以上原因，固定无线接入系统作为城域网的重要补充，主要面对基于话音业务的分散的客户，而城域网的建设则面向集中的、大行业的、高带宽需求的客户，逐步拓展城域覆盖范围，支持业务发展。

　　固定无线接入的频段越低，可传输的信息速率越低，但非视距性能就越好，无线性能也越好。在26GHz频段由于雨衰大，对于降雨量在N区的城市，应用26GHz频段会是无线接入业务质量大打折扣。3.5GHz由国家统一招标分配，中标后可以独享某段频率资源，26GHz频段由国家分配给四大运营商作为商用试验，5.8GHz是共用频段，采用的是报备协调机制。如果某城市三种频段都可以利用，则3.5GHz可以作为以话音业务为主的接入方式，5.8GHz带宽较大，又是TDD体制，适合以IP业务为主，26GHz则适合覆盖业务量大且业务集中的区域。

　　一般情况下，基于IP协议的5.8GHz无线接入系统成本较低，基于电路型的3.5GHz系统的设备价格中等，而26GHz系统的设备价格高。因此，从投资收益的角度看，城域网的建设需选择不同频段和体制，应用于不同的场合（如表1所示）。

　　一般来说，固定无线接入系统覆盖半径的范围约3～8km，按照这个标准，建设覆盖全城大部分地区的固定无线接入系统需要的基站数目不会太多，远端站会随着业务的需求不断增加，但这对网络规划提出了较高的要求，必须要统一规划、分期建设、适当超前、不断优化，才能用好无线网络。

　　2．频率规划

　　频率规划是无线网络设计规划中最重要的环节，它对网络的性能产生重要的影响。有效的频率规划使每个小区可以使用更多频率，构建网络可以使用较少的小区数，减小上下行无线链路的干扰，提高网络为用户提供的业务服务质量。

　　如果仅仅考虑对称和均匀的平面地区地质条件，频率规划较简单，用传统的频率复用方案即可，但真实的情况是，不同地域的地质条件和无线电波传播环境差别很大，要充分考虑这些因素。

　　频率规划基本原则如下：

　　初期设计时，综合考虑将来的小区规模和扇区数量，根据实际容量，分期建设，以节省投资；

　　初期设计时，确定合理的扇区极化方向，当网络升级时，扇区极化方向不变，以前的终端站不需要变化；

　　不论极化方式如何，相邻扇区使用不同频率，同时相邻扇区采用极化隔离来达到隔离度的要求；

　　在给定带宽的情况下，为得到更大的系统容量，采用信道分组方式，将射频频率分组，以满足系统的抗干扰要求；

　　载波带宽和调制方式对系统性能有着很大的影响，因此，选择适当的载波带宽及调制技术十分关键；

　　根据干扰源的距离、方位以及天线的方向图等计算信噪比，从而配置合适的频点、极化方式和复用次数；

　　随着用户接入带宽需求的增加，可通过采用基站扇区分裂方式，提高单基站的容量，提高投资效益。

　　综合各种有利因素，如合理的频率复用方案、相邻扇区间用户的合理划分、单载频内业务合理复用等，以使网络在使用频率资源最省的情况下，达到最大程度的用户需求满足。

　　3．基站选择

　　固定无线接入系统站址的选择工作需要考虑多种因素，合理的布局有利于降低整个网络的建设成本。站址的选择主要应注意以下几个方面的问题。

　　(1)用户需求

　　根据用户的需求和潜在的用户分布情况，选择站址；选择站址考虑全城网络覆盖的规划需要；同时，站址最好能选择在传输节点上或有比较便利的传输接入条件的地点，以节省投资。合理地将这几者有机地结合在一起，并充分考虑到网络一定时期的拓展能力，是做好网络规划布局的前提。

　　(2)视距传播

　　由于系统工作频段较高，因此中心站与终端站之间的通信必须建立在视野范围之内，满足视距通信要求，尽量要求中心基站应是覆盖区域内适当的制高点，周围视野开阔，无高大建筑物阻挡从而保证传播路径的通畅。

　　(3)可扩容性

　　为了使系统能够具有良好的可扩容性，首期中心基站应尽量避免对以后新建基站的干扰。在站址的选择上，首期选站尽量不要选择过高的站址，以免覆盖面积过大而不易控制，从而对其他基站造成干扰。

　　(4)电磁环境

　　在选择站址时，应注意考察所选站址周围的电磁环境，避免电磁干扰，消除误码率上升的因素，降低项目后期设备调试时的不利因素。在必要时应进行电磁环境的测量，确定每个电路段的可用波道数量及波道号码。电磁干扰源的主要因素有：

　　●由相邻服务小区内中继站和终端站产生的对终端站和中心站的干扰；

　　●中心站自身的干扰；

　　●同一服务小区内终端站产生的对中心站的干扰；

　　●由使用同一频率且距离较远的服务小区产生的同波道干扰；

　　●三阶互调干扰；

　　●由相邻中心站同时采用几副天线对用户站产生的同频、同址、多信号源的干扰。

　　(5)与物业部门的合作

　　在满足技术可行性、规划需求及业务需求的基础上确定了场地位置后，运营企业需要与有关物业管理部门进行协商，通过租用、买断或合作等形式取得用以架设中心站、终端站及相关设施的场地。在场地选取的过程中，物业方面会存在很多不确定的因素，因此在满足规划条件的前提下，最好选一两个站点作为候补，以免影响工程的进度。

　　4．干扰避免

　　根据国标规定，微波系统需要避免三个方面的干扰，即系统内部干扰，相邻系统间的干扰以及来自系统外部的干扰，对于这三种干扰，产生的原因及解决的措施如表2所示。

四、结束语

　　城域网的有效建设不仅可以解决电信运营商目前所面对的接入“瓶颈”问题，也是未来国家信息基础设施的发展重点和关键。解决好接入问题，就能在未来的市场竞争中赢得主动，并能在信息高速公路的竞赛中处于优势。

　　固定无线接入系统的应用要因地制宜，发挥优势，依托已有的网络，采用有线和无线相结合的原则；将固定无线接入作为光纤接入的一个重要、有效的补充手段，以更好地为电信用户服务。