LMDS宽带无线接入技术应用与发展前景分析

　　随着通信和计算机技术的发展，信息产业在国民经济中的作用日益突出，开展宽带电信业务势在必行。加快接入网的数字化、宽带化和智能化建设，已经成为我国电信网建设发展的一项紧迫任务。近几年出现的宽带接入技术有高速数字环路（xDSL）、光纤接入（FTTH）、光纤同轴混合接入（HFC）和宽带无线接入（LMDS和MMDS）等。为了满足用户的需要，各种高速率的接入方式也不断涌现，如光纤电缆混合网、绞对数字用户线、电缆调制解调器、光纤网、直播卫星系统和本地多点分配业务LMDS系统等。而固定宽带无线接入系统LMDS因其能为运营商提供经济、快捷和有效的网络服务近几年异军突起，处于有利的发展地位。

　　LMDS(Local Multipoint Distribute Service)——本地多点分配接入系统是一种崭新的宽带无线接入技术，1998年被美国电信界评选为十大新兴通信技术之一。由于该技术利用高容量点对多点微波传输，可以提供双向话音、数据及视频图像业务，能够实现从Nx64kbs(N=1-32)到2mbps，甚至高达155Mbps的用户接入速率，具有很高的可靠性。LMDS工作频段很高一般在20-40GHz(不同国家标准不同)，介乎毫米波，其信号适宜近距离(3-5公里)视距传输。由于LMDS可用带宽为1GHz以上，长期困扰运营商的网络瓶颈问题迎刃而解，使得该技术享有“无线光纤”的美誉。

　　从技术上来说，按照使用的媒介不同，接入网可划分为有线接入网和无线接入网。无线接入分为移动无线接入和固定无线接入。移动无线接入例如我们熟悉的移动电话接入等，用户是可移动的;而固定无线接入与此正好相反，用户基本是固定不动的。按照这样的分类标准，LMDS属于无线固定接入手段，而它最大的特点在于宽带特性，可用频谱往往达1GHz以上。

　　依据其技术特点，LMDS适用于人口密集、通信业务量大的城市骨干网至用户终端的无线接入。LMDS的优点在于工程建设周期短、组网方式灵活、运行维护成本低。作为一种新兴的宽带无线接入手段，LMDS为新兴的网络服务商提供了经济、快速、宽带大容量双向数据传输手段。随着技术、市场不断成熟，LMDS将成为运营商在“最后一公里”宽带接入和交互式多媒体应用提供了经济和简便的解决方案，有着广阔的市场前景。

　　一、LMDS系统的组成

　　一个完整的LMDS网络由四部分组成：骨干网络、基站、用户端设备以及网管系统。骨干网络作为基础设施，由电信服务商建设,基站直接进入电信骨干网络或核心网络。为了使LMDS系统能够提供多样化的综合业务，此核心网络可以由光纤传输网、ATM交换或IP+ATM架构而成的核心交换平台以及与Internet、PSTN(公共电话网)的互连模块等组成。由于LMDS直接支持ATM协议，通过使用无线ATM协议，可以使链路效率得到提高。LMDS设备厂商通常提供服务区中的设备，包括基站系统和用户端设备，及网络运行中心的软件。网络运行中心负责管理服务区中的设备。

　　基站系统负责对用户端进行覆盖，并提供与骨干网络的接口。基站实现信号在基础骨干网络与无线传输之间的转换。基站设备包括与基础骨干网络相连的接口模块、调制与解调模块以及通常置于楼顶或塔顶的微波收发模块。LMDS系统的基站多数采用多扇区覆盖，即使用在一定角度范围内聚焦的喇叭天线，覆盖用户端设备。多扇区基站可以更有效地利用频谱，进一步扩大系统容量。根据采用天线的不同，最少可划分为4个扇区，最多24个扇区，每扇区提供的通信速率可达200Mbps。由基站至用户端的下行链路采用TDMA模式，射频调制方式可选用QPSK、16QAM和64QAM。64QAM调制方式可大大提高频道利用率，增加基站的通信容量。

　　用户端包括室外单元(含定向天线、微波收发设备)和室内单元(调制与解调模块以及与用户室内设备相连的网络接口模块)，通常采用口径很小的室外定向天线用户端网络接口单元为各种用户业务提供接口，并完成复用/解复用功能。LMDS系统可提供多种类型的用户接口，包括电话、交换机、图像、帧中继、以太网等等，目前常见的业务都可直接接入。多个用户端设备可通过TDMA(时分多址)、FDMA(频分多址)等多址方式与基站进行通信。FDMA对于大量的连续非突发性数据接入较为合适，TDMA则适于支持多个突发性或低速率数据用户的接入。可以根据用户业务的特点及分布来选取适合的多址方式。用户端设备可以设在大型单位中供许多用户共享，也可以设在小单位内以提供数据、图像或电话业务。

　　网管系统是负责完成告警与故障诊断、系统配置、计费、系统性能分析和安全管理等功能。与传统微波技术不同的是，LMDS系统还可以组成蜂窝网络的形式运作，向特定区域提供业务。当由多基站提供区域覆盖时，需要进行频率复用与极化方式规划、无线链路计算、覆盖与干扰的仿真与优化等工作。

　　网络管理系统可以对所有的点到多点网络设备进行控制。可以是单一地区网络，也可以是多个地区的网络，网络管理系统由支持管理和控制功能的最新的硬件和软件组成。

　　网络管理系统支持网络检测操作，选择的变量能够被传送到中心相关的数据库，利用网络拓扑和配置，可以保证所有设备处于最新配置状态。

　　二、LMDS优点

　　LMDS 系统主要提供给无线宽带载波服务商，因为它非常适用于市区使用。同时，与传统的有线接入或者低频段无线接入方式相比， LMDS具有以下优势：

　　1) 工作频带宽、可提供宽带接入

　　目前，各国分配的LMDS工作频带带宽至少有1000MHz，可支持的用户接入数据速率高达155Mb/s，能够满足广大用户对通信带宽日益增长的需求。

　　2) 运营商启动资金较小，后期扩容能力强，投资回收快

　　与传统有线接入方式不同的是，有线接入工程需要大量初期投资以用于基础设施建设，而LMDS系统的投资包括中心基站设备，用户端设备，网管系统和其他附加费用。由于LMDS是一种利用基站覆盖用户端设备的体制，所以在网络建设初期，服务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。而LMDS系统的很大部分资金会转移至用户端设备，这样，运营者所需的初期投资较少，仅在用户数量增加即有业务收入时才需再增加资金投入，提高基站的配置，增加用户端设备，逐步扩容，逐步追加投资。所以投资回收也很快。因此即使初期用户较少，运营者也可维系发展，这样便最大程度地降低了风险。

　　3) 业务提供速度快

　　与传统有线接入方式相比，很大的优势在于工程的启动与实施非常迅速。尤其在大城市，有线工程往往要经过市政等部门的审批，因为对道路、绿地等环境破坏较大，而且施工量大，要受到多种因素的制约。LMDS系统实施时，不仅避免了有线接入开挖路面的高额补偿费，而且设备安装调试容易、建设周期大大缩短，因此可以迅速为用户提供服务(通常只需短短几个月的时间)。

　　4) 在用户发展方面极具灵活性

　　通常，在网络正式投入运营之前，服务商往往很难准确推算用户的业务需求发展情况。在传统接入网络中，用户对带宽和新业务的不断需求往往使服务商深感头疼。 而LMDS系统具有良好的可扩展性，LMDS系统的基站、扇区覆盖体制，用户端设备的模块化结构，使容量扩充和新业务提供都很容易，服务商可以随时根据用户需求进行系统设计或动态分配系统资源，添加所需的设备，提供新的服务;也不会因用户变化(如用户迁移或流失)而造成资金或设备的浪费。

　　5) 可提供质优价廉的多种业务

　　LMDS的宽带特性决定了它几乎可以承载任何的业务，包括：话音、数据和图像等业务。LMDS可同时向用户提供话音、数据及视频综合业务，符合电话网、计算机网、有线电视网三网一体化的发展趋势;还可提供承载业务，如蜂窝系统基站之间的传输等。

　　6) 频率复用度高、系统容量大

　　通过采用多扇区、先进的调制方式、不同极化等途径，可以进一步提高频谱利用率。现有分析计算表明，LMDS基站的容量很可能超过其覆盖区内可能的用户业务总量，因此，LMDS系统很可能是一个“范围”受限系统而不是“容量”受限系统。所以LMDS系统特别适于在高密度用户地区使用，如繁华的城市商贸区、技术开发区、写字楼群、城市居民小区等。

　　7) 网络运行、维护费用比较低

　　这是无线系统自身固有的优势。

　　三、LMDS在国内外的使用情况

　　LMDS技术最初由美国的Cellular Vision公司开发，1991年得到了该技术的试验许可证，现已在纽约建成运行一个LMDS网络，主要是提供多频道电视服务。

　　目前有很多通信设备制造厂商已经推出或即将推出LMDS的产品，例如：加拿大新桥网络、北电网络;法国阿尔卡特;德国博世Bosch;美国Cellular Vision、朗讯(Lucent)、惠普(Hewlett-Packard)、Netro、Wytec、Belstar、休斯(Hughes)等等。

　　近年来，在世界各地陆续建设了一些LMDS技术或商用试验系统，通过试验网对LMDS系统进行了现场测试，着重测试了降雨对LMDS系统性能的影响，积累了有益的数据，为产品的研发、完善和工程设计提供了必要的依据。

　　目前，许多国家已经相继分配了本国(地区)LMDS的工作频段，同时出台了有关LMDS运营的管理办法与技术要求。这些国家大多采取了拍卖频谱、制定有利于新运营商的政策法规，使其通过经营LMDS系统进入电信市场，进而促进竞争的做法，值得我国有关部门借鉴。

　　1999年1月7日，P -COM与Winstar公司共同宣布，世界上第一套商用LMDS系统投入正式运行，利用P -COM公司的LMDS系统，为用户提供高速Internet接入、会议电视、视频点播、LAN互连以及话音服务，取得了非常好的商业效果。自此以后，P-COM与Winstar公司紧密携手，在美国本土及国际市场，大规模开展LMDS业务。

　　Formus公司是美国科罗拉多州的一家无线通信公司，该公司现已筹集了5500万美金的风险资金，将主要采用LMDS技术，通过与当地拥有无线频谱牌照的公司合作来建设宽带通信网络，为那些迫切需要现代化通信服务的国家提供先进的话音、数据和视象业务。Formus的发展战略重点在以下四个区域：拉美、东欧、西欧和亚太地区。Formus声称要建设澳大利亚全国范围的LMDS网络，它可以租用AAP公司的频率;该公司还计划从现在起3年内在新西兰、波兰、厄瓜多尔等国家全面建设LMDS网络。

　　菲律宾和韩国都已分配了LMDS频段，并开始进行现场试验。

　　日本也为LMDS的实施设定了频段，同时不允许其最大的电信运营商NTT在2001年之前申请LMDS频率，美国运营商WinStar与日本电话公司KDD、商贸公司Sumitomo于今年1月组成一家合资公司，准备参与LMDS频谱的投标，并计划一个全国性的LMDS网络。

　　目前，国内大型电信部门的数据网络骨干网的建设正在轰轰烈烈地进行着，一些地区已经初具规模，各电信运营商已开始着手接入网的建设。LMDS以其大容量、多业务、易建设、见效快等明显优势引起了我国业内人士的广泛关注。

　　1999年7月，我国第一套LMDS实验网在广东省广州市开通，这套由P-Com公司为中国联通公司建立的LMDS网络标志着我国接入网发展的新起点。目前，中国联通公司的LMDS实验网正在测试和调试阶段，如果实现成功，LMDS也许会在中国掀起与次通信技术革命的高潮。我国的台湾在国立大学最近建立一个LMDS试验系统，台湾电信总局正在制定LMDS频率分配的方案。

　　四、LMDS 的应用与发展

　　LMDS 属于无线访问的一种新的形式，可以采用LMDS蜂窝式的小区结构覆盖整个城域范围。典型的LMDS系统利用地理上分散的类似蜂窝的配置，为由多个枢纽发射机(或称为基地站)在一定小区范围的服务区管理用户群，每个发射机经点对多点无线键路与服务区内的固定用户通倍。每个蜂窝站的覆盖区为5～7km，若采用具有更高的发射功率、更强的接收灵敏度，可增加基站的覆盖范围，使覆盖范围达到10km以上。

　　由于LMDS覆盖区可相互重叠。每个蜂窝的覆盖区又可以划分为多个扇区，可以根据需要在该扇区提供特定业务或服务。如通过采用多扇区、先进的调制方式(如P-COM公司采用的64QAM)、不同极化等途径，可以进一步增加频谱利用率、提高网络容量。P-COM公司独到的自动发射功率控制技术，减少了多小区之间干扰，增加频率效率超过40%，更高效率地增大了地区LMDS系统的总容量。LMDS系统特别适于在高密度用户地区使用，如繁华的城市商贸区、技术开发区、写字楼群、城市居民小区等。

　　LMDS技术之所以得到世界各地的普遍关注，其实是与它自身的条件有关：

　　1)电信改革：在电信运营业中引入竞争、开放电信市场已成为大势所趋，而新的电信运营商在开展业务时，面对原先拥有大量基础设施和用户的老运营商，必须扬长避短，采用新技术。

　　在客户流动率很高的通信行业中，LMDS系统具有一个对经营者特别有价值的优点：经营者可以根据市场经济效益的要求，收拾起中心站的设备并将其迁往另一个地点，而这对于电话线、有线电视及光纤网来说是不可能做到的。

　　2)网络融合：随着技术的发展，三网合一成为可能，建设一体化的现代通信网、向用户提供一体化的服务是面向未来的选择。

　　3)市场需求：当前，数据通信的技术与市场需求都在突飞猛进，全美数据通信的数据流量已经超过语音。因特网与IP电话的发展更是日新月异，人们渐渐不再满足于传统的通信速率，而对通信带宽的要求日益增高，同时期望通信资费不断下调。面对这种迫切的用户期待，已有的低频段无线接入系统渐显得力不从心，原有的铜线接入系统却先天不足，最为理想的光纤接入网尚未普及，而LMDS技术则具有向单位和家庭架设一条便捷的信息高速公路的可能性。可以这样说，LMDS技术是凭借自身的诸多优势应运而生的。

　　1、LMDS适应我国当今宽带业务的需求

　　LMDS是电信运营商、ISP商综合接入网解决方案的最佳选择之一。

　　LMDS点对多点宽带业务分配系统,采用无线接入的方式,具备广泛的覆盖范围,大容量(4.8G带宽),接口丰富(OC-3,CES,E1,10BASE-T、语音、帧中继、V.35),能够满足电信运营商服务于社会的多种业务。特别是将IP高速接入到千家万户,实现数据、语音、视频一体化。

　　1)中国电信拥有国内最庞大,最完善的公众电话网PSTN、分组交换数据网、163计算机互联网、169公众多媒体信息网等,提供着绝大多数信息业务。将以上资源利用LMDS系统宽带、高速地接入到集团用户,接入到家庭,解决最后一公里接入,甚至是“100米接入”的问题,代替传统的调制解调器的拨号上网,解决了家庭多媒体业务发展的瓶颈。

　　同时面临新兴电信运营商的挑战(如中国联通计划建设的“智能小区”,广电系统网络公司的“家庭多媒体业务”等等),LMDS能够为中国电信提供面向家庭的宽带接入,维持其在电信运营商中的主导地位。为此,中国电信向信息产业部无线电管理局申请了LMDS的试验频率,同时在广东电信和四川电信进行试验。试验成功后,在得到信息产业部频率许可下,LMDS将与光纤综合接入网一同成为中国电信的在接入网建设中的重要接入手段。预计中国电信在未来10年的城域接入网建设中投资将达百亿元。

　　2)中国移动、中国联通是以GSM为主的电信运营商,拓展综合数据接入业务是他们新的效益增长点。为此中国联通率先在广东联通进行了LMDS试验。中国移动也在武汉分公司迅速跟进,均实现了基站互联、IP数据接入等业务。

　　同时,移动通信正向着宽带移动网络发展,未来的3G移动网络的基站互联在传输方式上不同于现在的以E1为单位,正向ATM综合接入平台转变,以155Mb/s为主。那么LMDS技术的应用,将为3G移动通信奠定稳固的接入基础。

　　3)中国网通、中国吉通和地方宽带运营商是中国以发展IP宽带业务为主的新兴网络运营商,具有独立的业务范围。如高速上网,IP电话等,尤其是网通采用IP-over-DWDM技术,在全国迅速铺开了大容量的干线网络,目前正在探讨本地网的建设方案,各地的信息中心也已经形成。作为本地网的一部分,光纤接入网的建设,结构复杂,耗资大,周期长,影响了开发和占领客户的速度,LMDS技术可使网通和吉通短期内迅速建起覆盖性无缝接入网络,一跃成为传统运营商的强有力竞争对手。网通的试验网已充分证明了LMDS方案的可行性。

　　LMDS是近期极为热门的无线接入技术，基于点对多点微波传输方式为电信运营商提供双向高速率的宽带无线接入解决方案。

　　2、LMDS在我国有广阔的应用发展前景。

　　首先，LMDS可作为固定网运营部门迅速满足用户对宽带接入的需求，可进行视像和高速数据及IP业务的传输，同时可作为与光纤接入网的补充。其次，LMDS还可作为新的电信运营商包括移动通信运营商进行快速组网的有力手段。据介绍，中国联通计划在一百多个城市采用LMDS技术进行无线数据网建设，传输IP电话及其他数据业务。第三，LMDS也可用于广播电视领域进行视像传输。

　　总而言之，LMDS系统对于宽带业务的经营者和用户双方都是一种多用途的具有良好成本效益的选择方案;由于它能迅速而廉价地建立起来，因此对经营者和用户来说，特别有吸引力。

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