3.5GHz宽带接入技术分析

admin

1 概述


　　3.5GHz 宽带无线接入系统是一种固定点到多点无线接入系统，它起源于2.5GHz MMDS，并对其进行改进使适合于双向传输。其特色在于受雨雪等天气影响小，全天候可靠覆盖范围一般在10 公里以上，适合中小企业和住宅用户使用。


　　为了满足市场对宽带无线接入的需求，信息产业部首开先河，于2001 年8 月对3.4GHz～3.5GHz 共2331.5MHz 频谱在武汉、重庆、青岛、南京和厦门五个城市的频率使用权进行公开招标。中国移动、中华通信获得了以上五个城市的频率使用权，另外，三江航天、中国普天通信、中国卫星通信和厦门金桥也分别获得武汉、重庆、南京和厦门的频率使用权。随后各运营商进行了设备招标和网络建设，并开始投入运营。


　　信息产业部还将在2003 年春节后对3.4GHz--3.5GHz 共2331.5MHz 频谱在北京、上海、深圳等32 个省会及大中城市的频率使用权进行招标。参与竞标的除了中国电信、中国网通、中国联通、中国移动、中国卫通、铁通公司六大电信运营商外，还包括中华通信、中国普天、中国三江航天集团、厦门金桥和中信网络五家公司。目前各运营商正积极准备，以期在新一轮频率竞标中获得优势。


2 3.5GHz 宽带接入系统与有线接入系统的比较


　　与光纤、同轴电缆等有线相比，无线通信技术有着无与伦比的优势：低成本、组网灵活、快速安装、维护简单等，在解决了可靠性及高吞吐传输等问题之后，无线联网方式目前已经在各个领域内得到了广泛的应用。下面将无线接入和光缆接入的优缺点做一个比较。


　　(1)宽带无线接入技术在网络建设初期，运营商只需小部分投资建立一个配置较简单的基站，覆盖若干用户即可开始运营,线缆和基建费用所占的比例极少,启动资金较小、性价比低，后期扩容能力强，可以边投资边建设边收益形成良性循环，加快投资的回收，降低运营风险。


　　(2)工作建设周期短，业务开展速度快，从开始建设到3.5GHz 固定无线接入系统实施时，不需要开挖地面、架线等量大、花销大、时间长的工程，无线基站的架设时间只要1 天，最快可在一个月内开展业务。


　　(3)在用户发展方面极具灵活性。3.5GHz 固定无线接入系统具有良好的可扩展性，用户数　　目从少到多可以平滑过度，服务商可以随时根据用户需求进行服务等级设定，动态分配系统资源，还可以在用户需要时添加所需的设备，提供新的服务，也不会因为用户变化而造成资金或设备的浪费。


　　(4)可提供优质语音、数据等多种新业务。3.5GHz 固定无线接入系统的宽带特性决定了它可以承载多种业务，包括语音、数据、Internet 和图像等业务，并且可针对不同用户的具体要求，提供不同等级的服务质量。
　　(5)网络运行、维护费用比较低。


3 3.5GHz 固定无线接入的基本特性


3.1 覆盖范围


　　从无线的工作原理来看，频率越高，信号随距离的衰耗就越快，绕射能力也越弱，这两方面的因素决定了3.5GHz 固定无线接入技术的覆盖能力。一般来说，3.5GHz 固定接入技术覆盖范围可达10km 以上，雨衰因素对3.5GHz 固定无线接入技术的影响不严重，但因其属于准视距传输，建筑物的阻挡对其传输有一定影响。
3.2 系统容量


　　目前，我国为3.5GHz 固定无线接入划分了30MHz*2 的带宽。在采用相同调制技术的条件下，可用带宽的多少直接决定了系统容量的大小。另一个影响因素是频率复用系数，频率复用系数越高，相同频带宽度上可调制比特率就越高。一般来说，3.5GHz 固定无线接入调制方式有QPSK、16QAM、64QAM、GFSK、OFDM 等，目前实用系统在30MHz 带宽上，在半径为10 公里的覆盖范围内，系统容量可达300Mbps 左右。


3.3 业务能力


　　3.5GHz 固定无线接入可支持以下业务类型（需要网络侧的配合）：高速Internet 接入、局域网互连、VPN、数据专线、IP 电话/IP 传真、视频会议、PSTN/ISDN。


3.4 适用范围


　　从业务类型上看，3.5GHz 固定无线接入系统可以为企事业集团用户和社区用户提供服务；从系统成本上来看，3.5GHz 固定无线接入较其它宽带无线接入技术（如LMDS）技术成熟度高、技术难度小，因而设备成本较低，同时覆盖用户数广泛，单用户分担的成本也较低。因此3.5GHz 固定无线接入适合于在业务发展期进行较大范围的覆盖，从面上提供业务。


4 3.5GHz 宽带接入系统基本组成


　　3.5GHz 固定无线接入属于固定接入技术，以点到多点无线方式支持固定用户的接入，不支持漫游功能。系统参考配置如图1 所示:






图1 3.5GHz 宽带接入系统参考配置图


　　系统构成一般包括基站、远端站和网管系统三大部分，其中基站和远端站又分别分为室内单元（IDU）和室外单元（ODU）两部分。室内单元提供基带处理部分，如业务的适配和汇聚、调制解调、资源管理；室外单元提供基站和远端站之间的射频传输功能，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进行中继。与终端站相接的用户（通过UNI 接口）可以是单个的用户终端(TE)，也可以是一个用户驻地网（CPN）。基站位于服务区中心，它覆盖的服务区一般分为多个扇区，每个扇区可以对一个或多个远端站提供服务。基站室内单元将来自各个扇区不同用户的上行业务量进行汇聚复用，提交不同的业务节点；将来自不同业务节点的下行业务量分送至各个扇区。网络侧的接口一般有10/100Base-T 、ATM、E1 等接口。



　　远端站设置在用户驻地，远端站室内单元连接用户终端、路由器等用户驻地网设备。目前，实用化的3.5GHz 固定无线接入业务带宽较低，可提供接口类型包括10Base-T、E1、POTS或ISDN 接口。


　　基站覆盖的服务区一般划分为若干个扇区，基站天线为扇区天线，现有的扇区天线波束角一般有30、45、60、90 或120 度角等，从而将服务区划分为12、8、6、4 或3 个扇区。从具体实现上看，60、90 度角扇区天线居多。远端站射频天线为定向天线，定向接收来自本扇区天线的信号。


　　在相邻扇区之间理论上一般采用频率分隔，并可采用不同极化方式，相邻小区之间可以完全频率复用。但在实际工程建设中，应视具体情况而定典型的3.5GHz 宽带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。每一蜂窝的覆盖区可划分为多个扇区，可根据用户需要在该扇区提供特定业务。同时3.5GHz 宽带无线接入系统的这种模块结构使网络扩容很灵活方便；当增加新用户时基站无须添加基站射频设备，与铺设光纤、电缆相比，采用3.5GHz 宽带无线接入系统技术，可快速增加用户，大大缩短建设周期。一个典型应用系统在一个3.5MHz 带宽信道内一般可提供下行15Mbps，上行8Mbps 的数据速率和以太网、E1 及2B+D 等接口，并提供数据及话音业务。一个6 扇区的基站小区可以提供下行90Mbps，上行48Mbps 的数据带宽。


5 3.5GHz 固定无线接入系统的比较


　　目前国内外提供3.5GHz 频段无线接入设备的厂家主要有武汉虹信、大唐移动、大唐股份、奥维通、瑞澜通信、金鹏、东方通信、中兴、华为、西门子等厂家。由于3.5GHz 固定无线接入规范对业务接口的定义比较开放，因此运营商可以根据自身业务的发展方向灵活地选择厂商的设备实现组网。投标人对国内外众多厂商的情况进行了较为充分的调研，现将部分厂商的11 种3.5G 频段宽带无线接入设备的主要指标比较如下：


6 设备选型中需要考虑的问题


　　目前，中国电信、移动、网通、联通、华通等运营商正紧锣密鼓地准备第二批北京、上海、广州等32 个城市的3.5GHz 频率投标和设备选型工作。在各运营商选择设备的过程中，需考虑如下问题：


(1)支持的业务类型和实现方式


　　运营商要利用宽带无线网络提供多种接入服务，无疑要求无线系统可以支持多种业务接口。但由于目前通信网上各种业务接口种类繁多，要求一套系统同时支持所有业务接口，在业务提供和成本控制上是难以找到一个平衡点的。例如，虽然ATM 设备在技术上是提供多业务支持能力的最佳选择，但设备成本尤其是用户端设备成本居高不下。那么如何用最优的硬件接口组合支持最多的业务种类？ 为此，我们可以按业务硬件承载形式分析目前国内通信网上的业务种类，通过分析我们可以发现虽然业务种类繁多，但直接面对最终用户的业务承载形式却以Ethernet 网络接口和E1 电路接口为主。只要宽带无线接入设备可以提供Ethernet 网络接口和E1 电路接口，那么无论是Internet 接入、VPN、VLAN、V.35、FR、VoIP、传统话音等等业务都可以通过这两类接口传送给最终用户。


　　当然，目前通过采取一些技术手段可以将以上的各种业务全部封装在IP 数据包内传送给用户，或则全部封装在E1 电路时隙中传送给用户。但由于数据业务和电路业务的业务类型的差异，将数据业务封装在电路时隙中传输或者将电路业务封装在数据包中传输都会带来封装开销大，业务质量无法保证，业务承载媒体无法满足业务特性的需求。因此在宽带无线接入设备中两种业务接口如果在MAC 层以上完全分开，将数据业务和电路业务相互独立地映射到物理层接口上。即两种中业务类型在MAC 层上根据业务特性选取各自最优的MAC 层帧结构，然后在物理层上将两种MAC 帧合并到空中无线接口传输。采用这种分开处理的方式，可以避免多次封装转换导致的开销，可以根据不同业务对Qos、突发数据、时延的不同要求在分配物理层空中无线接口带宽时采取不同的策略。这种处理方法比在较高高层次上合并业务的处理方法较易满足业务提供能力和成本控制的要求。


(2)单基站支持的用户数和提供的带宽


　　在实际的3.5GHz 无线接入系统的建设和运营中，每个运营商可获得3*3.5MHz 带宽资源，一般每个基站提供4-6 扇区组网覆盖，按覆盖半径5Km 计算，覆盖面积大约为76 平方公里，人口大约8 万，按0.3%比例计算，每基站也需支持240 个用户终端端设备，按每个用户终端平均512Kbps 总数据速率要求，每基站应可提供120Mbps 的总容量。按6 个扇区平均计算，每扇区大约需提供20Mbps 的总数据带宽。


　　不同厂家的3.5G 设备单基站可支持的终端站数目和可提供的数据带宽不同。有些是基于点对点系统发展而来，每一基站BU 单元只能对应唯一的用户终端设备，这样对运营商的用户发展非常不利。另外，随着业务发展和对宽带服务需求的增长，在带宽资源非常有限的情况下，高频谱利用率和高效的调制方式显得非常重要。64QAM 及更高调制方式应是发展的趋势。如国内某工程中获得的实测数据如下：（信道带宽为3.5MHz）







　　由表可见，在相同的频率带宽资源和设备投资下，采用64QAM 等高效调制方式可获得更多的数据带宽，并可以满足实际工程的覆盖要求，但可为更多的用户提供服务，并且每Mb/s 数据带宽的成本可以降低。


(3)用户终端站的价格


　　对3.5GHz 宽带无线接入系统发展起决定作用的一是市场需求，二就是用户终端站的价格。随着信息化的提高，人们对宽带服务的需求明显增加，各运营商在宽带接入服务市场的竞争也愈来愈激烈，3.5GHz 宽带无线接入系统凭借其特有的优势，在宽带接入服务市场中将占有重要的一席。


　　而在3.5GHz 宽带无线接入系统的建设运营中，随着业务的发展，用户终端站的数量将愈来愈多，基站设备单位（每Mbit）成本随用户数目增加和带宽超卖而减少，用户端设备成本随用户数目和带宽超卖增加线性增加。目前发展用户，用户端设备都是免费提供，用户端设备投资不可能从用户处收取。因此用户端设备价格式是影响投资回收期和业务发展的决定因素。按每基站平均支持200 个用户终端设备，每用户终端设备1 万元人民币计算，每基站的用户终端设备投资将达200 万，远多于基站设备的投资。因此，远端站的价格对运营商是至关重要的。★