McWiLL技术及其应用

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1、McWiLL系统概述
    McWiLL（Multi-Carrier Wireless Information Local Loop，多载波无线信息本地环路）是国内自主研发的移动宽带无线接入（BWA）系统，也是SCDMA综合无线接入技术的宽带演进版。
    1.1　系统指标
    McWiLL为全IP架构，全面支持固定、便携以及全移动模式下的语音、数据和多媒体业务，支持切换和漫游，终端最大移动速度可达120 km/h，主要系统指标如下。
    ●多址方式：CS-OFDMA（码扩正交频分多址）；
    ●调制方式：QPSK、8PSK、16QAM和64QAM自适应；
    ●基站系统射频信道带宽：5 MHz；
    ●工作频段：400 MHz、1800 MHz、3300 MHz；
    ●单基站吞吐量：峰值净吞吐率15 Mbit/s（5 MHz）；
    ●单基站语音业务容量：支持300个并发语音信道；
    ●覆盖半径：市区2～3 km，郊区8～13 km，链路预算＞160 dB；
    ●输出功率：最大输出功率2 W；
    ●接收灵敏度：-114 dBm/单信道，-93 dBm/满载。
    1.2　关键技术
    McWiLL采用了CS-OFDMA、增强型智能天线、软件无线电、自适应调制编码、动态信道分配等关键技术，具有覆盖范围广、数据吞吐量高、并发用户容量大、1×1同频组网等特点。
    （1）CS-OFDMA
    CS-OFDMA是SCDMA与OFDMA技术的有机融合。这种融合的多址技术既能克服传统CDMA系统在宽带数据传输时由扩展频谱引起的严重码间干扰，又可以有效对抗频率选择性衰落和相邻小区的干扰，从而实现窄带语音和宽带数据的可靠传送。
    （2）增强型智能天线
    在SCDMA系统智能天线技术的基础上，McWiLL采用增强型空间零陷等优化方案，能够自适应地将无线电信号导向期望的方向，使天线主波束对准接收用户，同时将零陷对准其他小区用户，从而降低外泄干扰强度。McWiLL增强型智能天线能选择性地接收移动/用户信号并删除或抑制干扰信号。如果在某方向探测到一个干扰源，系统就会在此方向产生一个零陷，从而使接收信号质量最佳化。McWiLL的增强型零陷技术大大提高了系统抗干扰能力，可以抑制比信号最多强20 dB的干扰。
    （3）软件无线电
    在McWiLL系统中，基站、用户终端的射频收发机与基带电路的接口是高速A/D或D/A变换器，全部基带信号的处理是在数字信号处理器中由软件完成的。当基于软件无线电开发新设备时，只需进行软件修改，这样就减少了设计、制造和测试时间，从而使产品更快上市。目前基于软件无线电技术，信威公司已经快速开发出工作在各种频率的McWiLL产品以及多模终端。
    （4）自适应调制编码
    McWiLL系统能够根据信道条件的变化，动态选择QPSK～QAM64调制方式以及不同码率的RS码、TURBO码和LDPC码，从而使系统吞吐量最大化。
    1.3　端到端网络构架
    McWiLL系统端到端的网络架构如图1所示。

图1　McWiLL端到端的网络架构

    McWiLL系统由终端设备、无线系统以及网元管理系统（EMS）三个部分组成。其中，CPE、M-IAD、PCMCIA卡、宽带手机等终端完成用户端设备与无线网络的连接，基站系统完成用户终端与骨干网络的连接，语音业务汇聚网关与NGN配合提供大容量语音通信功能。EMS完成对无线系统中的所有终端设备、基站系统的设备管理、系统监控、权限管理、带宽分配等操作。
2、McWiLL系统的优势
    McWiLL系统设计充分考虑了我国的国情，在无线覆盖、同频组网、宽窄带业务融合、产品成熟度等方面优势明显。
    2.1　链路预算高
    McWiLL采用业界领先的智能天线技术，通过空间波束赋形提高链路预算，8阵元智能天线系统下行链路预算可提高18 dB，上行链路预算可提高9 dB。同时，针对智能天线特性进行信令协议设计，这样可使McWiLL系统的链路预算达到160 dB以上，比其他宽带无线系统高约15 dB。
    较高的链路预算带来明显的优势：一是系统拥有更大的无线覆盖范围，如果覆盖区域相同，那么与其他宽带无线系统相比，McWiLL基站需要的数量更少，建网和维护成本更低；二是McWiLL系统比其他系统提供更高的衰减余量，从而提升NLOS传输性能和室内覆盖效果。例如，河北电信在廊坊安装了7个基站，达到了该城市80%的室内覆盖和几乎100%的室外覆盖。
    2.2　真正1×1同频组网
    由于无线频率资源非常宝贵，且BWA所要求的频率资源比语音通信系统多数10倍，因此对BWA系统来说，1×1同频组网尤为重要。
    CS-OFDMA、智能天线零陷、动态信道分配等技术相结合，可使McWiLL真正实现1×1同频组网，只需5 MHz频率资源，即可大规模组网，且大规模同频组网性能稳定。CS-OFDMA的码扩功能有很强的抗邻区同频干扰功效，在物理层和高层协议上进行特殊设计后，可使智能天线的空间零陷技术得到最大程度的发挥，并可消除邻区同频干扰。在以上两种技术无法消除同频干扰的情况下，可采用动态信道分配技术克服同频干扰。McWiLL系统的同频组网性能已经在河北电信、江西电信、山西网通、首都机场等试验网中得到验证。
    2.3　超大语音业务容量及提供宽窄带融合业务
    McWiLL实现了高效语音和数据业务的融合，空中接口对语音业务采用特殊处理模式，有效避免了VoIP带来的大带宽开销和语音质量（因无线传输环境变化）的不可控制。在5 MHz带宽内，McWiLL系统能够提供15 Mbit/s的数据吞吐量或300路双向并发语音，且实现语音和宽带数据业务同半径覆盖。
    运营商可在一张McWiLL网络中提供高端移动数据、中低端语音以及企业用户的语音和数据综合接入，还可灵活调整业务承载比例。McWiLL用于农村，既可很好地满足当前农村电话普及的要求，又能随着农村信息化的深入实现村村上网。
    2.4　产品成本低且成熟度高
    McWiLL产品采用“大基站小终端”的设计思想，与其他宽带无线基站相比，基站成本基本相当，但终端产品成本远低于其他宽带无线终端，接近GSM和大灵通终端成本，并能同时支持语音和宽带数据业务。
    2004年，McWiLL固定版本商用。重庆移动McWiLL试验网于2004年4月开始试运营，至今一直运行稳定。McWiLL全移动版本于2006年年底推出，CPE、PC卡、M-IAD、无线伴侣、MEM模块等系列化终端已经面市，目前正在进行大规模的商用试验网建设。
    2.5　国家授权频率及SCDMA现有的用户基础
    在频谱资源方面，作为SCDMA的宽带演进技术，McWiLL继承了SCDMA综合无线接入系统的空中接口射频特性，拥有国家授权的1785～1805 MHz频率资源。McWiLL采用软件无线电架构，原有的SCDMA窄带系统可以平滑演进到McWiLL，现网约400万的SCDMA用户无需更换终端即可接入McWiLL网络。
3、应用案例
    McWiLL系统自推出以来，已建设了很多商用试验网。例如，贵州McWiLL农村党员干部现代远程教育示范网，首都机场及空军某机场商用试验网等。下面以青岛国际帆船赛试验网为例介绍McWiLL的应用。
    在2006年8月青岛国际帆船赛上，奥运会帆船委员会（简称奥帆委）采用了信威公司的McWiLL系统实现海上比赛现场的视频监控。青岛奥运帆船赛共有A、B、C、D、E共5个海域赛区，A、B、C、D共4个赛区采用BWA。覆盖海域的两个基站分设在海情大厦和网通大厦，两个站点距离为3 km，采用单扇区同频组网方式。实测显示，基站覆盖距离达17.5 km，基站天线无缝覆盖了A、B、C、D共4个赛区，如图2所示。

图2　赛区地理位置

    分别设立三个视频监控点，用于实时观察赛事情况，并实现了在“起点船”上移动上网以及制证中心10台电脑的联网办公。整个赛程，移动视频监控清晰流畅，Internet接入高速稳定。
    在国际帆船赛比赛中，还从未有过以无线方式实时传送海上比赛视频的先例。此次国内自主宽带接入技术成功服务奥运赛事，成为国际帆船赛的一大亮点，并获得一致好评。