第二章　通信系统设备安装工程

第一节　微波无线接入通信

一、接入网概述

接入网是指连接用户和业务节点之间的电信网络。

1.接入网的分类

接入网可分为有线和无线两大类。有线接入分光纤接入、铜线接入和双绞线接入；无线接入分移动无线接入和固定无线接入。无线接入系统可分为移动通信系统、无线本地环路系统、无绳电话系统、移动卫星接入系统和无线局域网系统等。

2.接入网的地位与作用

在通信网中，宏观的可划分为接入网和核心网两大类。核心网和接入网在物理上、技术上和经济上都处于完全不同的网络应用环境。在过去的几十年间，无论是交换设备还是传输设备都经历了几代的更换，核心网正在越来越快地更换和应用最先进技术，不久将成为全数字化、智能化、软件主宰和控制的高度集成的大系统。然而，传统的接入网技术已经“老牛拉破车”似的稳定使用了一个世纪，至今仍然由双绞铜缆和落后的模拟系统所主宰（90％以上），两者在技术上形成巨大的反差，说明接入网已经成为制约全网进一步发展的瓶颈，接入网的革命势在必行。进入20世纪90年代以来，新的政策法规、新的业务需求以及一系列新技术的产生，提供了解决接入网问题的最好机遇，长期遭受冷落的接入网领域开始变得十分热门，各种新老接入技术此起彼伏。预计光纤技术和无线接入技术在接入网中会有飞速的增长。可以确信，接入网、特别是宽带无线接入网将成为21世纪电信网研究、开发和建设的热点，某种意义上可以说“21世纪进入了接入时代”。

3.FDMA、TDMA和CDMA三种多址系统方式

多址系统是指多个用户通过一个共同的信道交换信息的通信系统。传统的信号划分方式有频分（FDMA）和时分（TDMA），频分是将所给的信道带宽分割成互不重叠的许多小区间，每个小区间能顺利通过一路信号，频分复用的多路信号在频率上不会重叠，但在时间上是重叠的。时分是将多路信号在时间轴上互不重叠地穿插排列并在同一条公共信道上进行传输，这种按一定时间次序依次循环地传输各路信息，以实现多路通信。码分多址（CDMA）系统，是给用户分配一个多址码，要求这些码的自相关特性尖锐，而且相关特性的峰值尽量小，以便准确识别和提取有用信息。同时各用户间的干扰可减小到最低限度。

4.无线接入系统三大指标

无线接入系统有三大指标，即接入速率、传输距离和拓扑方式，是衡量无线接入系统的三把尺子，是用户选购无线接入产品的基本要求。

（1）接入速率：接入速率是代表系统容量、接入的一个重要参数。可分为高速接入和低速接入，以2Mbit/s为分界线。接入速率还与系统的工作频段、频谱的利用率有关。对于无线接入系统而言，系统的工作频段和频谱利用率决定了这个系统的接入速率。工作的频段越高，可利用的频率资源越丰富，而频谱的利用率与系统采用的微波调制解调方式的复杂程度相关。

（2）传输距离：系统的传输距离与系统的工作频段和调制方式有关，微波频段越高，自由空间损耗越大，为保证视距传输，限制了传输距离。系统的调制方式越复杂，对信噪比的要求也就越高，也限制了传输距离。由此可见，接入速率和传输距离对工作频段和调制方式的要求是相矛盾的。

（3）拓扑方式：点对点和点对多点是无线通信系统中主要采用的两种拓扑方式。点对多点又称一点多址方式。这种系统通常由中心站和多个远端外围站组成，集中进行信号处理和网管功能，在中心站配置多面扇区天线完成一个全方位360°的覆盖，远端站则采用定向天线与中心站相对。多个远端站的识别可以通过频分、时分、码分等多种方式或者由它们联合起来共同实现。一些先进的系统还可以将多个信道组合在一起，实现上下行带宽间的动态、分配，使运营者对用户的带宽进行灵活的配置和管理。

5.固定无线接入的优势

固定无线接入之所以能成为目前全球通信业最热门的技术明星之一，是因为它具有不可代替的优势。

（1）相对有线而言，无线有其独特的优势，如网络建设快、无需铺设铜缆、挖沟等，故成本低、投资少、收益快；可随时根据市场需求进行网络升级和扩展，扩大业务覆盖面和业务范围，因而维护、管理和运营费用低；只需一种网络结构，就可以提供交互式话音、视频和数据业务。

（2）固定无线与其他本地接入技术比较能够跨越有线铜缆和DSL技术所面临的诸多限制，如本地环路的安装相对比较便捷，不会出现垄断，而且可以延伸到DSL和铜缆不能覆盖的区域。

（3）固定无线的运营实践表明它可以避开或绕过原有运营者在本地网络所设的瓶颈。所以，它在全球的发展，尤其在欧洲的发展几乎遍布每个国家。至今为止，德国、西班牙、瑞士、葡萄牙和卢森堡等相继颁发了固定无线运营许可证。

（4）我国的无线接入频率规划。这里仅列举地面固定无线接入频率规划，见表2-1。

二、固定无线接入系统简介

一个系统可以由若干个基站、成百上千个用户站和一个集中网管组成。各基站之间均通过光纤互连。网络中心设置交换机和网管，并通过路由器经中国电信或其他光纤骨干网接入互联网。

下面以4个基站组成的无线接入系统为例，介绍系统的基本组成（见图2-1）。

（1）基站。基站设备由室内单元和室外单元组成。

室内单元包括：机框、电源、上行解调卡、下行解调卡、下变频器、上变频器、接口卡、主控卡。

室外单元包括：收发信机、天线、馈线。

一个3信道、6扇区的基站组成框图如图2-2所示。

一个2信道、4扇区的基站组成框图如图2-3所示。

基站作为中心基站配置时，需要另外配置网络交换器、路由器及其他的服务器，用以和本系统以外的网络连接；需要配置集中网管，对本系统进行管理。

（2）用户站。用户站由室外单元和室内单元组成。室外单元包括天线、收发信机和馈线；室内单元为一个无限的调制解调器。

（3）网管终端。网管终端为一部安装了网管软件的服务器。

三、系统特性

1.基站特性

（1）空中接口。系统的空中接口是基于DOCSIS1.1协议规范，并在PHY和MAC层加以补充和修改，用以适应固定无线传输环境的要求。修改的MAC层是为支持现有和未来的基于IP业务的点对多点的应用而设计的。该无连接的设计可以无缝地支持现有的IP业务、QoS和VoIP先进的加密算法，可以非常方便地扩充新的IP业务，技术成熟，风险低。

（2）调制解调器。本系统有多种调制方式且现场可变，可根据接收机灵敏度、干扰情况确定调制解调方式。一般覆盖范围较小，信号质量较好时使用高密度调制；覆盖范围较大，信号质量较差时使用低密度调制。

下行采用的调制方式有QPSK、16QAM、64QAM，数据净速率最大可达15.8Mbps；上行采用QPSK和16QAM，数据净速率最大可达10Mbps。具体采用何种调制方式可通过网管来加以设置。

下行信道的信号调制方式和带宽分配见表2-2：

上行信道的信号调制方式和带宽分配见表2-3：

（3）基站网络接口。系统在基站网络侧提供全双工100BASET接口；通过外接IP至E1的转换设备，如RAD公司的IPmux系列产品，可提供电路型2M接口和Nx64k接口；通过外界的光电转换设备可提供S1.1光口。用户站可提供全双工10Base-T接口；通过连接媒体适配器（MTA）可提供多达4个RJ11接口，提供VoIP电话业务；通过外接RAD公司的IPmux系列产品，也可以在用户站提供E1接口和Nx64k接口。

中心基站和交换机之间通过网线直接连接；其他基站与交换机通过光纤连接，然后交换机通过网线与路由器相连。

2.网管功能

网管系统为基于SNMP2.0版本的标准网管，其数据库为MYSQL结构。网络管理采用客户机/服务器模式，在服务器存放网络配置和用户站配置数据。采用的协议是目前在Internet上所广为使用的SNMPC5.0和MIB（管理信息库）。系统设置1个集中网管，且设置在本无线接入系统和Internet接口处。网管中心包括NMS服务器、TFTP、DHCP和VOD服务器及VoIP网关等设备。网管中心和各基站的管理信息通过100BASE-T接口在IP城域网中传输。可通过远程访问方式向基站下载软件和配置文件，并通过无线空中接口向用户站下载软件和配置文件来配置系统运行数据；通过对网管中心几个MIB的管理来实现故障管理、性能管理、安全管理和记费信息采集等功能。

四、系统功能

1.业务支持能力

（1）面向无连接业务。本无线接入系统针对分组数据特性设计，适合各种基于IP的业务应用，通过添加相应设备就可提供业务，比如互联网（Internet）业务、虚拟专网（VPN）、VoIP业务。

1）互联网（Internet）业务。在无线接入系统的网络中心安装路由器将无线网络接入互联网，再辅以互联网域名服务器、地址管理服务器，可以提供所有基于IP协议的互联网业务，这也是DOCSIS标准制定的基本目标。

2）虚拟专网（VPN）业务。本系统支持VPN隧道的传输，及大于1515字节的以太网帧长，可以完全支持二层及三层VPN实现。对于需要近似于平衡的上下行信道带宽时，如VPN总部使用一个用户站，而不是建在基站的情况下，可以用多个上行信道对应一个下行信道，从而满足其要求。至于具体的带宽配置，需要根据实际情况具体计算。

（2）面向连接业务。本系统是基于IP方式的宽带无线接入系统。对于E1、NX64kbps等面向连接业务的支持必须通过在基站和用户站外接E1与IP转换设备，为用户提供传统的数据传送业务，采用的附加设备如RAD公司的IPmux-X设备和Tiny Bridge设备。已使用RAD公司的IPmux在南京市成功通过了Nokia的GSM基站互联，同时也展示了NX64kbps的能力，用测试手机测试所得结果为：服务质量等级为0。同时进行了24h的测试，没有误码，性能稳定。

本系统不直接提供普通电话业务及ISDN2B+D或30B+D业务。提供该类业务的方式是通过外界转换设备，如RAD公司的IPmux-X设备和TinyBridge设备，接口速率NX64kbit/s。

●VoIP业务。对VoIP的接入，需在基站侧的Internet网与PSTN之间增加一个支持H.323或MGCP协议的VoIP网关（支持多个EI接口）。VoIP网关及MTA将RJ11或E1上过来的模拟信号转换成IP包，并分配SID级别，保证在带宽充足的情况下，确保该级别的IP包在最短的时间内送出；确保业务的实时性，即QoS。

●VOD视频点播。VOD服务的实现首先必须在Internet端接有VOD服务器，具体的数据传输为：用户VOD数据经过Modem的调制作用，将信号打包为IP数据，经调制，由用户站天线将信号发射出去，信号在基站被接收，完成数据的上行传输；下行链路既是维护中心将控制数据通过无线链路传输给VOD用户，具体为控制信号被基站调制打包为IP数据，经过上变频器和收发信机的两次变频，变为射频信号由基站天线发射给用户站天线，用户站天线完成射频到中频的变频转换，然后由Modem完成IP包的解调，变成VOD用户可以识别的数据，完成维护中心对用户的控制，即下行链路的传输。

●视频监控。视频监控是在用户站接摄像头，该摄像头采集到图像数据，经过无线Modem将图像数据调制打包，生成IP数据包，该IP数据包通过用户站天线，经过射频传输到达基站天线，在基站侧，经过上行解调卡，将IP数据包解调为计算机可以识别的数据，监控端在Internet网上可以通过软件在显示器上对图像进行监视。图像控制则是在Internet网络上的显示器通过软件输入控制信号，通过基站的调制卡，将该控制信号调制打包，通过基站天线来发射载有控制信号的射频信号，该信号到达用户站天线后，经过集成在天线内的收发信机，将信号变为中频信号，通过Modem的解调，该控制信号变为可以被摄像头识别，即可以控制摄像头。

●会议电视。会议电视的实现是在基站端及用户站都有会议终端，该终端系统可以将会议者的声音信号和图像信号进行处理，变为可以为计算机识别的信号，当基站端的会议者发表讲话时，通过会议终端，声音和图像信号被处理，经过基站的调制卡，数据被调制打包为IP数据包，射频信号经过基站天线传输到用户站天线，然后用户站天线通过变频，将射频信号转换为中频信号，输入用户站Modem，由Modem完成数据的解调任务，信号又变回可以被会议终端识别的数据，完成下行链路的传输；而用户站声音和图像信号的传输刚好相反，是经过上行链路将信号处理输给基站。

●承诺的数据速率（CIR）。系统可承诺每个调制解调器的上行带宽CIR。

2.其他业务

（1）动态带宽分配。

系统的下行采用TDM方式，同一个基站下的不同用户站之间为动态的带宽分配方式。

系统的上行采用TDMA方式，WMTS基站集中管理所有的上行时隙的安排，也是动态的带宽分配方式。当某些用户站不申请带宽时，WMTS基站会自动将空中资源分配给申请占用带宽的用户站使用。另外，在上行信道上，系统可分配CIR和MIR值，即承诺的带宽和瞬时的峰值，在有空闲带宽的情况下，WMTS基站允许用户站的实际使用带宽超过其CIR（承诺的带宽），但不可以超过MIR（瞬时的峰值）。具体的CIR和MIR值可在网管中由管理员设定。

（2）发送功率调整。系统能够对发射功率方便地进行调整。通过对发射功率的调整，在尽可能小的发射功率下，提高各个用户站和基站的信号接收质量，减少扇区干扰，同时也为实现灵活的组网方式提供了便利。

（3）业务节点接口（SNI）。无线接入系统支持10BASE-T/100BASE-X接口。

●协议栈。接口协议栈见图2-4。按照RFC1042或RFC0894的规定，将IP包封装到IEEE802.3的帧格式或以太网的帧格式中。

●数据链路层。数据链路层按照图2-4的规定符合以下标准：IE E E802.2、I E E E802.3、DIX Et hernet Version 2.0。

●物理层。支持全双工和半双工方式，符合IEEE802.3的相关规定并支持接口的自动协商过程。

（4）用户网络接口（UNI）。本系统的用户网络接口是10BASE-T/100BASE-TX接口，通过后接媒体适配器（MTA）可提供多达4个RJ11接口，提供VoIP电话。2002年第一季度，此功能可集成到用户终端Modem中。

用户站通过外接RAD公司的IPmux-X设备和Tiny Bridge设备可以提供E1、NX64kbit/s数字接口。

（5）网管接口。本系统基站设备能够实现各个用户站的网管信息汇集，管理信息与业务数据逻辑上在基站相互独立。

网管的接口协议为SNMPV5.0。完全支持SNMPV2版本。

网管系统为基于SNMP的标准网管，其数据库为MYSQL结构。

3.无线收发设备要求

（1）双工方式。双工方式为频分双工（FDD）；双工间隔为100 M Hz。

（2）复用多址方式。本系统下行采用时分复用（TDM）；上行采用时分多址（TDMA），同时根据用户对带宽的要求和具体的无线信道条件，可把上行信道分成多个子信道来应用，以支持FDMA方式。