来源(久久网络-网络学堂)

From: http://www.99net.net/study/know/913105649.htm

宽带接入技术的发展与应用(三)

--------------------------------------------------------------------------------
2003-9-14 18:11:26 周志敏

本篇将介绍无线和电力线接入技术。

4.无线接入技术

无线接入技术是指在终端用户和交换局端间的接入网部分全部或部分采用无线传输方式,为用户提供固定或移动的接入服务的技术。作为有线接入网的有效补充,它有系统容量大,话音质量与有线一样,覆盖范围广,系统规划简单,扩容方便,可加密码或用CDMA增强保密性等技术特点,可解决边远地区、难于架线地区的信息传输问题,是当前发展最快的接入网之一。目前,无线接入技术已较为广泛地应用于农村、城镇,在水利电力、工矿等专网中也得到一定程度上的应用。

无线接入的方式有很多,如微波传输技术(包括一点多址微波)、卫星通信技术、蜂窝移动通信技术(包括FDMA、TDMA、CDMA和S-CDMA)、CTZ、DECT、PHS集群通信技术、无线局域网(WLAN)、无线异步转移模式(WATM)等,尤其是WLAN以及刚刚兴起的WATM将成为宽带无线本地接入(WWLL)的主要方式。与有线宽带接入方式相比,虽然无线接入技术的应用还面临着开发新频段、完善调制和多址技术、防止信元丢失、时延等方面的问题,但它以其特有的无须敷设线路、建设速度快、初期投资小、受环境制约不大、安装灵活、维护方便等特点将成为接入网领域的新生力量。

4.1无线本地环路(WLL)

WLL利用无线方式把固定用户接入到固定电话网,即利用无线方式代替传统的有线用户接入,为用户提供终端业务服务。WLL包括DECT、PHS、CDMA、FDMA、SCDMA等,它具有部署灵活,建网速度快,适应环境能力强,网络配置简单等优点,近年来颇受青睐。

4.2本地多点分配业务接入(LMDS)

本地多点分配业务(LMDS),作为近年来兴起的一种宽带无线接入技术。它与蜂窝移动通信系统类似,一般也采用小区结构,小区的半径为2~5km(具体数值因各地的地理环境与气候条件不同而有差异)。美国FCC规定,LMDS占用28GHz与31GHz频段附近(Ka波段)的1.3GHz带宽,其他各国对LMDS所占用的频段规定各不相同,但一般都采用20~40GHz间的频段,带宽通常在1GHz以上。与蜂窝移动通信系统不同的是,LMDS由于具有Ka波段的电波传播特点,所以不能支持移动业务,只能提供定点的接入。

LMDS利用地面转接站而不是卫星转发数据,通过射频(RF)频带LMDS最多可提供10Mbit/s的数据流量,它采用蜂窝单元,以毫米波28GHz的带宽向用户提供ROD、广播和会议电视、视频家庭购物等宽带业务。LMDS接入系统主要由带扇形天线的收发信机组成,其典型蜂窝半径为4~10km,在每个扇区传输交互式的数字信号,信号到达用户室外单元后,28GHz的信号转换成中频595MHz,在室内用同轴电缆将数字信号送至机顶盒(STB)。LMDS为某些布线施工困难的地区提供类似的带宽接入和双路能力。

LMDS系统通常由多个小区组成,每个小区由一个中心站和众多用户站组成,各中心站通过带自愈功能的高速光纤环路相连。中心站由网络节点设备与射频设备组成,网络节点设备主要包括与ATM和CATV网络的接口、信号的编/解码、压缩、纠错、复/分接、路由、调制解调、合/分路等;射频设备主要包括射频收发信机与天线。通常,这两部分是做在一起的,射频部分将来自网络节点设备的中频信号变频至相应频段,通过天线发射出去,同时将天线收到的信号变频至中频送入网络节点设备处理。

用户站由网络接口单元和射频部分组成,其结构基本同中心站。但网络接口单元较中心站的网络节点设备要简单得多,而且因用户所需业务的不同而有差异,一般可向用户提供E1/T1、E3/T3、 10BaseT、ATM25.6、ISDN BNI、PRI、POTS等接口。

中心站一般采用全向天线或扇形天线,用户站则采用方向性极强的高增益天线。每个小区通常可以提供的下行带宽为1GHz,上行带宽为300MHz。如果在小区内划分扇区,并且在相邻扇区内采用交叉极化的方式,还可以成倍地扩大带宽。例如,一个划分了8个扇区的小区,如采用QPSK调制,从理论上来说,该小区内的用户可以享受10GHz以上的带宽。此外LMDS系统采用了高效先进的均衡与纠错算法,使系统的误码率降至10-10~10-11。因此,LMDS系统在带宽容量和传输性能上都达到或接近了光纤的水平,所以有人称其为“空中光纤”。

同低频段的其他无线通信系统不同的是,LMDS系统对各通信点之间的“视通” (LOS)的要求非常苛刻。由于建筑物与植物等的阻挡,所以一个小区内能满足“视通”要求的用户比例通常为60%左右。对此,LMDS系统在规划、设计小区时采用了小区重叠、增加中继站或反射器等技术,这可以使小区内收到有效信号的用户比例上升到85%左右。此外,LMDS系统所处Ka波段的电波还易受天气的影响,雨、雪、雾等都会引起电波的衰减,较强的降雨甚至可能导致信号的完全中断。对此,LMDS系统通常采用动态自适应发信功率控制技术,在信号衰减较大的情况下,自动增大信号的发射功率,以便为系统提供足够的增益储备。另外,LMDS系统还采用了动态自适应带宽分配,动态自适应调制等一系列先进的技术,以最大限度优化系统性能。可以说,LMDS系统集成了当今世界多项尖端的通信与网络技术。

LMDS的主要缺点是,存在来自其他小区的同信道干扰和覆盖区范围有限。因为系统要求工作在高频段,所以即使发射机和接收机位置固定,交通工具和树叶也会造成信号衰落。

4.3数字直播卫星接入(DBS)

DBS利用位于地球同步轨道的通信卫星将高速广播数据送到用户的接收天线,所以它一般也称为高轨卫星通信。其特点是通信距离远,费用与距离无关,适用于多业务传输,可为全球用户提供大跨度、大范围、远距离的漫游和机动灵活的移动通信服务等。

在DBS系统中,大量的数据通过频分或时分等调制后利用卫星主站的高速上行通道和卫星转发器进行广播,用户通过卫星天线和卫星接收Modem接收数据,接收天线直径一般为18英寸(0.45m)或21英寸(0.53m)。DBS主要是广播系统,用户的回传数据则要通过电话Modem送到主站的服务器。由于数字卫星系统具有高可靠性,不像PSTN网络中采用双绞线的模拟电话需要较多的信号纠错,因此可使下载速率达到400kbit/s,而实际DBS广播速率最高为12Mbit/s。

目前,在美国已经可以提供DBS服务,主要用于因特网接入,其中最大的DBS网络就是休斯网络系统公司的DirectPC。该产品实际就是小口径卫星终端(VSAT)产品,其用户通过一个碟形天线、一块卫星接入卡及相应的软件接收从通信卫星传来的信号。DirectPC的数据传输也是不对称的,在接入因特网时,下载速率为400kbit/s,上行速率为33.6kbit/s,这一速率虽然比普通拨号Modem提高不少,但与DSL及Cable Modem技术仍无法相比。

4.4微波无线接入

目前最常被应用于军事通信上的就是一般大家常说的微波,所谓微波是指频率大过于1GHz的电波。如果应用较小的发射功率(约一瓦)配合定向高增益微波天线,再于每隔10~50英哩(约为16~80kM)的距离设置一个中继站就可以架构起微波通信系统。数字微波设备所接收与传送的是数字信号,数字微波采用正交调幅(QAM)或移相键送(PSK)等调幅方式,传送语音、数据或是影像等数字信号。与微波比较起来,数字微波具有较佳的通信品质,而且在长距离的传送过程中比较不会有杂音累积。 数字微波作为一种无线传输方式,在灵活性、抗灾性和移动性方面具有光纤传输所无法比拟的优点,这也是它的优势所在。

4.5通用分组无线接入

GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称,是在现有的GSM系统上发展出来的一种新的承载业务。在某种意义上,可以认为GPRS是GSM向IP和X.25数据网的延伸;反过来也可以说GPRS是互联网在无线应用上的延伸。在GPRS上可实现FTP、WEB浏览器、E—MAIL等互联网应用。

GPRS无线分组数据系统与现有的GSM语音系统最根本的区别是,GSM是一种电路交换系统,而GPRS是一种分组交换系统。分组交换的基本过程是把数据先分成若干个小的数据包,通过不同的路由,以存储转发的接力方式传送到目的端,再组装成完整的数据。

在GSM无线系统中,无线信道资源非常宝贵,如采用电路交换,每条GSM信道只能提供9.6kb/s或14.4kb/s传输速率。如果多个组合在一起(最多8个时隙),虽可提供更高的速率,但只能被一个用户独占,在成本效率上显然缺乏可行性。而采用分组交换的GPRS则可灵活运用无线信道,让其为多个GPRS数据用户所共用,从而极大地提高了无线资源的利用率。在理论上,GPRS可以将最多8个时隙组合在一起,给用户提供高达171.2kb/s的带宽。同时,与GSM不同的是,它可同时供多个用户共享。从无线系统本身的特点看,GPRS使GSM系统实现无线数据业务的能力产生了质的飞跃,从而提供了便利高效、低成本的无线分组数据业务。

GPRS特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输,也适用于偶尔的大数据量传输。而这正是大多数移动互联应用的特点。

由于GPRS网是通过软件升级和增加必要的硬件,利用GSM现有的无线系统实现分组数据传输,GSM在承载GPRS业务时可以不必中断其他业务,如语音业务等。所以GPRS是GSM向3G系统演进的重要一环,它的引入将大大延长GSM系统的生存周期,同时为3G的发展奠定基础。

5.电力线接入方案

随着因特网应用的不断扩展和各种新技术的出现,电力线通信开始应用于高速数据接入和室内组网,通过电力线载波方式传送语音和数据信息,把电力网用于网络通信,以节省通信网络的建设成本。电力线通信是接入网的一种替代方案,这对网络运营商非常重要,其原因在于:

①通信市场50%的投资用于接入网;

②在很多国家,电信管制解除后,接入网的线路资源还归以往运营商所拥有,新兴运营商于是试图寻找一种新的解决方案,向用户提供网络接入服务,以打破传统运营商对最后一公里的垄断;

③新型电信业务的快速发展导致了接入网传输容量需求的急剧增加。

目前,开展接入网业务有两种方式:一种是建立新的网络,另一种是利用已有的线路资源。第一种方式可通过无线、新铺电缆或光纤等方法实现,无线方式需要射频转换的硬件,由于成本较高,难以得到大面积推广,只能作为有线接入的一种补充;新铺电缆或光纤需要重新布线,费时费力,建设投入和维护费用大,并给用户带来诸多不便。因此,利用现有线路资源是比较理想的解决方式。

现有线路资源主要有:电话线、有线电视网和电力线。电话线和有线电视网的接入线路资源归传统的运营商所拥有,而且相对于电力线而言,其线路覆盖范围要小得多。在国内,除了特别偏僻的山区外,电力线几乎无所不在,在每个家庭的每个房间,至少都有一个以上的电源插座,这对开展接入业务而言非常方便。

在室内组网方面,计算机、打印机、电话和各种智能控制设备都可通过普通电源插座,由电力线连接起来,组成局域网。现有的各种网络应用:如话音、电视、多媒体业务、远程教育等,都可通过电力线向用户提供,以实现接入和室内组网的多网合一。因此,电力线通信在家庭组网和接入等方面将大有可为。电力线通信将在一个较短的时间内将有突破性发展,而且会像20 世纪50年代的电视那样,影响每个家庭。

5.1电力线通信环境分析

电力线接入是把户外通信设备插入到变压器用户侧的输出电力线上,该通信设备可以通过光纤与主干网相连,向用户提供数据、语音和多媒体等业务。在通信设备内部,高频网络信号与 50/60Hz低频电信号一起,耦合到用户端电力线上,由此可把通信网、电力输送网和用户驻地网连接起来。户外设备与各用户端设备之间的所有连接都可看成是具有不同特性和通信质量的信道,如果通信系统支持室内组网,则室内任两个电源插座间的连接都是一个通信信道。因此,低压电力网有多个通信信道。通信质量的好坏与通信信道直接相关,很大程度上取决于接收端的噪音水平和不同频率信号的衰减。噪音越大,在接收端将越难提取出有用的信号;同样,如果信号从发送端到接收端的传输过程中发生衰减,在接收端,信号可能被淹没在噪音之中,也很难提取出有用的信号。

电力线通信的噪音主要来源于与低压电网相连的所有负载以及无线电广播的干扰等,由于负载的开关会引起电力线上电流的波动,使得电力线的周围会产生电磁辐射,所以,沿电力线传送数据时,会出现许多意想不到的问题。另外,信号衰减与信道的物理长度和低压电网的阻抗匹配情况有关,由于低压电网上负载的开关是随机的,因此,其阻抗是随时间而变化的,很难进行匹配。所以,电力线通信的环境极为恶劣,在这样恶劣的环境下,很难保证数据传输的质量,必须采用许多相关的技术加以解决。

5.2电力线通信技术发展

要用电力线传输高速数据和语音等信号,必须找到一种可靠的传输方式,使得数据可以在恶劣的电力线通信环境下稳定地传送。力普公司在电力线通信产品的开发取得了突破性的进展,并相继开发出各种类型的应用产品。如用于智能小区的光纤到小区,电力线到户的全套产品;基于电力线通信的VoIP;电力线组网产品;电力线到以太网的桥接产品。目前推出的产品传输速率为 14Mbps,并将推出100Mbps速率的产品。

Link: http://www.asm32.net/article_details.aspx?id=599