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扬州大学 信息工程学院
摘 要：介绍宽带固定无线接入技术LMDS的体系结构及其关键技术。
关键词：本地多点分布业务系统；宽带综合业务；无线接入；网络管理系统
近年来，数据业务特别是Internet在全球范围内已经取得了巨大成功，而且无论在用户数量还是在业务量的增长方面，都始终保持着高速增长的势头，人们对宽带接入服务的需求也就越来越大。但从用户的接入手段来看，传统的窄带电路接入，如PSTN（Public Switched Telephone Network，公共电话交换网）旁路接入方式，仍然占据着主要地位，接入带宽成为制约高速上网和宽带业务发展的主要瓶颈。为了满足用户对接入带宽的迫切要求，业界开发了各种各样的宽带接入技术，如xDSL（数字用户环路）技术、HFC（混合光纤同轴）Cable MODEM（线缆调制解调器）技术、光纤接入技术和宽带无线接入技术等。比较而言，以LMDS（Local Multipoint Distribution Service，本地多点分配业务）技术为代表的宽带无线接入技术在初期投资小、组网灵活、建设速度快、业务提供速度快和资源重复利用率高等方面具有独特的优势及广泛的市场前景，越来越受到业界的重视。
1LMDS的体系结构
本地多点分配业务系统作为一种无线固定接入组网技术与传统的点到点微波技术不同，他能够以蜂窝网络的形式向特定区域提供业务。LMDS可以看作是用户与骨干网络之间的连接网络，采用LMDS的小区结构可以覆盖整个城域范围。当由多个中心站提供区域覆盖时，需要进行频率复用、无线链路计算、覆盖与干扰的仿真与优化等工作。
一个典型的LMDS应用运营系统通常由4部分组成：基础骨干网、中心站、终端站以及网络运营中心。骨干网络是指网络的核心层，他不仅提供了一个多业务的网络平台，同时也是各个中心站之间相互连接的物理通道。核心层网络平台可由ATM（异步转移模式）、IP（因特网协议）、ATM+IP、SONET（同步光网络）/SDH（同步数字传输体系）/WDM（波分复用）等技术构成，负责与现有各网络之间互联互通，如PSTN（公共电话交换网），FR（帧中继），CATV（公共天线电视）网等，从而使LMDS网络能够提供几乎所有现存网络可能提供的业务。
LMDS系统本身主要由3部分组成：中心站（基站）系统、终端站（远端站）系统和网络管理系统（NMS，Network Management System），如图1所示。
终端站（TS）设备放在最靠近用户的一侧，负责将用户通过无线方式连接至中心站并与骨干网络相连。他可以提供多种业务接口，通常有E1，POTS，10/100BaseT，FR，ATM，ISDN，N×64 kb/s等，可以支持多种应用。终端站设备通过TDM与FDM广播方式在中心站到终端站的下行链路上接收由中心站传来的数据信息；在终端站到中心站的上行链路上利用TDMA和FDMA方式共享整个扇区带宽所发送的用户信息。
中心站（CS）设备通过多扇区覆盖的方式向所需地区提供业务服务。中心站设备在逻辑上分为中心控制站（CCS）和中心射频站（CRS）两部分。中心控制站包括调制解调设备、MAC卡及网络—网络接口板等。MAC卡主要用来发送、接收终端站的相关业务请求。中心控制站提供与中频电缆相连的接口，并通过中频电缆连接中心射频站。中心射频站可以采用全向天线进行覆盖，也可以采用扇区天线进行扇区化覆盖，增加系统的容量。
中心站设备主要提供LMDS系统至核心网络的接口，完成信号在核心网络与无线传输之间的转换，并负责无线资源的管理。中心站将数据送入骨干网络，完成所需的话音交换、ATM交换和IP交换等处理。
网络管理系统（NMS）的实现多基于传输控制协议/网际协议（TCP/IP）的简单网络管理协议（SNMP）。网络管理系统又称网络运营系统（NOS），主要负责管理多个区域内的用户网络，负责完成系统配置、性能分析、安全管理等功能，多个网络运营系统可通过通信网络进行互联。
LMDS系统使用基于ATM信元复用的连续载波，从中心站到终端站的下行方向是通过空中接口传送数据。中心站每个扇区使用一个或多个下行载波发送这些ATM信元到终端站，这些载波用不同的频率发射，以避免相互之间的干扰。
LMDS 的设备类型根据其组网特点可以分为2大类：连续点结构和点到多点结构。
连续点结构是基于SONET/SDH技术，可以包括业务供应商的业务呈现点POP（Point of Presence）和多个客户站点，他们之间用高性能的无线收发单元IFU（Invisible Fiber Unit）组成环状。这种结构可为POP端和客户端建立起宽带的、高可靠度的连接。与SONET/SDH相同，每个连续点网络都有自愈功能，并且网络可维持99999%的高可度，误码率仅为1×10-12。在环上可传送155 Mb/s的SONET/SDH或100 Mb/s的快速以太网数据业务，为用户提供宽带Internet接入、增值业务（WEB hosting， colocation，ecommerce）、会议电视、远程教学、VoIP、专线服务（低速数据，N×64 kb/s，T1/E1，T3/E3）以及传统的电话服务等。
点到多点结构主要是由覆盖一定角度和半径区域的多用户共享的中心站设备、连接用户的终端站设备以及网络管理设备组成。通过蜂窝式的小区结构，LMDS设备可覆盖整个城区范围。其中每个LMDS中心站覆盖一个蜂窝小区，在每个蜂窝小区内可划分多个扇区，为覆盖区域内的固定用户提供点对多点的无线链路通信服务。
2LMDS的关键技术
2.1调制解调技术
LMDS采用的调制解调方式主要有：四进制调制解调技术（QPSK，4QAM）、十六进制调制解调技术（16QAM）、六十四进制调制解调技术（64QAM）三种。采用四进制调制解调技术（QPSK，4QAM）时，其频带资源利用率为1~1.3，采用16进制（16QAM）时，为2~2.6，采用六十四进制（64QAM）时，为3~3.9。
2.2通信方式
中心站到终端站的下行链路采用点到多点的方式，这也是“多点分配”的含义，主要采用TDM或FDM复用方式将信号向相应的扇区进行广播，每个用户终端在特定的频段内接收属于自己的信号信息。
终端站到中心站之间的上行链路采用点到点的方式，可用FDMA方式也可用TDMA方式。LMDS系统采用的TDMA和FDMA多址方式既可以单独使用，也可以混合应用于网络中。
LMDS系统的复用/多址方式主要有TDMA/TDMA和FDM/FDMA两种。这两种组合方式所具有的特点决定了TDM/TDMA方式更适合为突发性的数据业务提供服务，而FDM/FDMA方式则适合于具有相对固定业务量的租用线业务。
2.3频段分配
点对多点系统能够通过中心站对其辖区内的多个用户终端提供服务。在中心站覆盖的特定区域内，建有多条RF通道来满足用户的需求。一个中心站的工作频率有多个，而一个用户终端只可能使用2个频率通道，一个用来发送信号，另一个用来接收信号。
2.4动态带宽分配
LMDS系统在TDM模式下时，带宽的动态分配在通信链路上的上下行方向上可同时进行，即此时的动态分配是基于上下行信道双方向的总带宽之和来实现的，从而能更好地满足用户的需求。
LMDS系统以FDM方式工作时，他仅在采用TDMA多址方式时才能实现动态带宽分配。此时，通信链路上行或下行单一方向上的总带宽将根据用户的需求进行动态带宽分配。通过实时地向提出需求的终端用户分配所需的带宽，LMDS系统形成了统计带宽增益，可以最大限度地利用空中的频谱资源。目前，大部分宽带无线电接入系统均采用FDM的双工模式。
2.5无线ATM
无线ATM与标准ATM相比，增加了信元序列号，用来判断信元的连续性和重复性。无线ATM信元还在信元结尾处加入了循环纠错码（CRC），用于无线链路的纠错和校验。在无线ATM中，由于信道条件相对恶劣，因此需要极好的错误控制机制，通过综合运用前向纠错编码（FEC）和自动反复重发（ARQ）功能，可以有效地改善信元丢失率。无线ATM信元中这2个新增的数值域只在无线链路中发挥作用，在进入有线链路的ATM层前，将会自动去掉。
3结语
LMDS可提供极高的通信带宽；蜂窝式的结构配置可覆盖整个城域范围；可提供多业务；提供模拟和数字视频业务，如远程医疗、高速会议电视、远程教育、商业及用户电视等。LMDS的发展潜力受到世界各国的公认。一些国家已分配28~40 GHz频段的频率，并将LMDS看成了无线宽带通道的一种解决方案。在低成本、高速率、易于开发和拓宽容量等方面比有线网具有更大的优势。在我国，数据网络骨干的建设已具规模。LMDS以其大容量、多业务、易建设、见效快等明显优势越来越受到我国业内人士的广泛关注。
参考文献
［1］刘元安，等.宽带无线接入和无线局域网［M］.北京：北京邮电大学出版社，2000
［2］Benny Bing. Highspeed wireless ATM and LANsArtech House, 2000
［3］Nikos Loukas H. A signaling architecture for wireless ATM access networksWireless networks, 2000
摘自《现代电子技术》
