5. 固定无线接入技术
5.1 引言
无线接入在接入网中的地位日趋重要，无线接入无需铺线、组网快捷灵活，接入自由；根据用户终端的可移性，无线接入分为固定无线接入和移动无线接入；固定无线接入开始用于密集住宅小区，对其他接入技术提出了挑战；固定无线接入是新运营商进军接入网市场的一个切入点。
5.2 固定无线接入概述
用户终端到网络节点交换机之间的传输设施，部分或全部采用无线传输称为无线接入。用户终端位置固定的无线接入称为固定无线接入。
固定无线接入的特点是：用户终端不具备移动性；对某一特定地域的固定用户提供接入；没有越区切换和漫游的功能；工作频率高，在微波波段；提供高的传输容量和多业务；
5.2.1 典型的固定无线接入技术
1. LMDS(Local Multipoint Distribute Service）
覆盖3-5km, 向密集小区或大厦提供高速无线接入
2. MMDS（Multichannel Multipoint Distribute Service）
覆盖约50km, 向城郊的分散用户提供无线接入
3. 高轨卫星接入
典型的为DBS(Direct Broadcast Satellite ），覆盖广阔的地域，为偏远地区的用户提供无线接入。
5.2.2 固定无线接入网基本结构
一般采用有中心的结构，中心站称为基站；中心站控制所有用户站的接入，同时接入有线网；所有用户站之间不能直接通信，必须通过基站转发。如图5-1所示。
图5-1 固定无线接入网基本结构
5.2.3 固定宽带无线接入标准
固定宽带无线接入标准802.16的发展概况如下：
1. 802.16工作组1999年成立，制定本地/城域固定宽带无线接入标准。分为3个小组：802.16.1小组：10 GHz～66GHz 频带无线接口开发；802.16.2小组：宽带无线接入系统的共存；802.16.3小组：2GHz ～11GHz 频带无线接口开发。
2. 2001年12月802.16标准发布（10 ～66GHz ）。
3. 2003年1月802.16a 标准发布（ 2～11GHz ）。
4.WiMAX 联盟，WiMAX （ World Interoperability for Microwave Access ）推动802.16系列标准产品的应用及802.16产品的互连互通测试和认证。
5. 802.16e研究802.16用户在不同基站之间切换。
协议详细介绍如下：
（1）802.16的频段为10－66GHz ，美国分配的频段分为A 段：27.5GHz ～28.35GHz, 29.1GHz ～29.25GHz ，31.075GHz ～31.225GHz ； B 段：31．225GHz ～31．3GHz 。中国划分的频段为26GHz 。其他国家为：24GHz ，28GHz （多数国家采用）等。其技术特点：速率为155Mbps ，蜂窝半径为3－5km ，需要视距传输，支持多业务和保证QoS 。由于频段高，需视距传输，芯片贵，发展相对缓慢（比当初预期慢）。
（2）802.16a 的频段为2－11GHz 。其技术特点：速率为70Mbps ，蜂窝半径为30－50km ，可超视距传输，支持多业务和保证QoS 。应用前景：WiMAX 强力推荐，近期热门；Intel 等著名商家已投大量资金研制和生产支持802.16a 的芯片；Intel 与成都和大连签署协议，抢先占领市场。由于频段相对低，可超视距传输，实现相对容易，加上众多著名商家的强力参与，发展前景看好。
802.16的协议模型如图5-2所示。802.16的物理层的功能为：信号的调制解调，从无线信道上收发信号，信号的同步等。使用的双工技术为频分双工FDD ；多址技术:采用FDMA 和TDMA ；主要调制技术采用QAM ，802.16a 规定采用OFDM 。802.16 的MAC 层分为三个子层：业务汇聚子层CS(Convergence Sublayer ) 、MAC 控制子层（MAC Command Part Sublayer ）和加密子层PS （Privacy Sublayer ）；MAC 层功能为：提供面向连接的服务、带宽分配机制（申请、轮询等）、冲突分解机制、寻址方式、分段与重组、接入认证与数据加密。
图5-2 协议模型
5.3 固定宽带无线接入技术LMDS
固定宽带无线接入技术LMDS 本地多点分配业务，技术特点为：固定、双向、无线、宽带接入技术，采用点到多点微波传输技术，传输频带为微波范围10GHz ～66GHz ，带宽为
1.3GHz ，享有“无线光纤”之称，单基站覆盖半径3～5km ，多址方式采用FDMA 和TDMA ，调制方式为QPSK 、16QAM 和64QAM ，通信速率n ×64Kbps ～155Mbps ，支持业务有话音、数据、视频、多媒体综合业务。
LMDS 系统结构如图5-3所示。系统由用户站和基站组成，通过传输网（基础网）连接到LMDS 中心局，通过中心局连接到业务网；采用蜂窝小区结构，一个小区一个基站；基站之间不切换；点对多点结构，上行信道多个用户共享信道，需要某种信道访问机制。
图5-3 LMDS系统结构
LMDS 系统结构中的基站位于蜂窝小区的中央，向用户提供覆盖，基站可不划分扇区，也可划分扇区；基站全向天线和用户定向天线不划分扇区，基站多个定向天线、各天线覆盖一个扇区和用户定向天线要划分扇区；一般采用划分扇区，相邻扇区采用交叉激化方式，频率可重复使用，增加系统容量；扇区角度划分：150、22.50、300、450、600、900；对应扇区数：24、16、12、8、6、4。
图5-4 单扇区基站
图5-5 多扇区基站
LMDS 系统结构中的用户站设备包括天线、收发信机和网络接口单元NIU 。一个LMDS 的用户站可由多个用户终端共享，如一幢楼的所有用户终端，如图5-6所示。
图5-6 用户站
LMDS －技术特点：集中控制，便于用户接入管理（基站控制）；上下行不对称，下行带宽为1GHz ，上行为300MHz ，特别适合Internet 业务；提供QoS 保证，根据业务QoS ，申请并分配带宽; 全双工通信，FDD 实现上下行双向通信，下行为TDMA 方式，上行为FDMA 和TDMA ；系统容量大，带宽大（1.3GHz ），提供容量大；可扩容性强，可增加每个扇区的载波数（最多可容纳5个载频），可增加扇区的数量，最多可划分24个扇区。
LMDS 的主要影响因素为视距（要求视距传输）、雨衰（雨天信号衰减大）、树木反射（反射引起信号衰减）、天线的高度（高度低通信质量差），采取的应对措施：蜂窝交叠、保证天线高度、自动功率控制、抗衰落的调制技术和差错控制技术提高通信可靠性。因此LMDS 更适合于平原少雨的地区。
LMDS 的每个用户站有一个48位的MAC 地址，下行通信采用广播通信技术，各用户站接收符合自己地址的信息，上行信道分为许多个时隙（用于注册、竞争或传输数据等）；各站在上行发送数据之前，向基站申请时隙数，由基站分配（根据Qos 按需分配) ，各站在分配的时隙内上传数据；申请带宽时可能会冲突，冲突后按二进制指数退避；申请到带宽后，传数不会冲突。
5.4 卫星接入技术
卫星接入是利用人造卫星作为中继站，实现地球上无线用户之间、或移动用户到固定用户之间的通信，如图5-7所示。卫星接入的用户可移动，天线指向卫星，面状天线的口径越大，所需发射功越小。
图5-7 卫星接入
卫星接入的通信距离远、覆盖范围大、对接收站没有特别的地理环境要求，特别适合偏远山区、农村等地域；带宽高、容量大，特别适合广播型业务；传输时延大，不同轨道的卫星时延不同，适合的业务也有所不同。卫星工作频段范围很大，目前卫星通信使用的频段主要在L 、C 、Ku 、Ka 波段，如表5-1。
5.4.1卫星接入技术基本类型
卫星通信系统分为三种基本类型，GEO ：Geo —Stationary Earth Orbit地球同步卫星轨道，MEO ： Medium Earth Orbit中地球卫星轨道，LEO ：Low Earth Orbit低地球卫星轨道。
GEO 可称为地球同步卫星、高轨卫星、静止卫星，离地距离35768km ，与地球自转同步，相对于地球静止不动；3颗卫星就可覆盖全球，单颗星覆盖范围广，通信时不需更换卫星，信道稳定，由于距离远，时延很大，往返时延大于500ms ；不适合传输实时业务，但适合广播电视业务或无时延要求的数据业务，用于固定用户的接入。如东方红三号卫星（DFH-3），它是中国新一代通信卫星，主要用于电视传输、广播、通信及数据传输等业务。卫星上有24路C 频段转发器，服务范围有中国大陆、海南、台湾及近海岛屿。
MEO 离地距离10352km ，运行方向与速度与地球自转不同步，相对于地球是运动的，连续覆盖同一地域需要多颗卫星，一颗卫星可以较长时间覆盖某个地域，大多数通信过程可能不需切换卫星；时延较大，往返时延大于100ms ，不太适合传输实时业务，但有时依然传输话音，有一定延时；主要用于军事、海事等应急通信，用于固定或移动用户的接入。运行于中地球轨道的卫星大都是导航卫星，例如即将完成的北斗卫星导航系统，GPS （20,200km ）, 格洛纳斯系统（19,100km ）以及伽利略定位系统（23,222km ）。部分跨越南北极的通信卫星也使用中地球轨道；中地球轨道的卫星运转周期在2至12小时之间；最早的通信卫星“Telstar ”也是使用的这条轨道。
LEO 离地距离1457km （平均），运行方向与速度与地球自转不同步，相对于地球是运动的；连续覆盖某一地域需要许多颗卫星（几十上百），大多数通信过程可能需要切换多颗
卫星；时延较小，往返时延小于30ms ，适合传输实时业务及其他数据业务，最适合移动用户的卫星接入方式。OBCOMM 系统是由美国Orbital Sciences 公司和加拿大Teleglobe 公司共同提出的，是投入商用的小LEO 系统。
5.5 直播卫星DBS
直播卫星DBS 是一种采用同步轨道卫星作为通信链路，以大功率辐射地面某一区域，向用户传送信息的宽带接入系统。上行链路为各运营商将有偿信息加密上传至卫星，下行链路为卫星将有偿信息通过广播方式送回地面，由用户接收，用户必须安装相应运营商的解码器后，方能对信号解码；一般一个解码器只能对一个频道解码。它的卫星波束窄、功率大、用户天线小、只需接收天线和解码器就可接收信号；直播卫星DBS 是一种有偿服务，同时也是一种受管制的业务。
5.5.1 直播卫星DBS 的业务与实现
直播卫星DBS 的业务包括一下三种：
（1）广播电视业务：业务提供商将电视信号加密上传至卫星，卫星将各路加密信号复用下传到一个地面覆盖区，覆盖区的用户通过定向天线和特定解码器接收信号。
（2）广播数据业务：发送和接收过程与广播电视业务类似，用户可以通过定制的方式接收。
（3）Internet 下行业务，用户到网络方向的小数据量通过传统的地面方式接入（如话带modem 方式）网络到用户的大量数据通过DBS 传输；目前“中星在线”提供此项业务。
直播卫星DBS 的实现如图5-8所示，用户通过话带modem 方式接入ISP ，ISP 将用户请求转发到所访问的网站，网站信息传回ISP ，通过处理，ISP 将网站的信息上传至卫星，卫星将数据信息与电视节目复用，传回用户所在区域，用户通过天线和解码器接收。
图5-8 直播卫星DBS 的实现
5. 固定无线接入技术
5.1 引言
无线接入在接入网中的地位日趋重要，无线接入无需铺线、组网快捷灵活，接入自由；根据用户终端的可移性，无线接入分为固定无线接入和移动无线接入；固定无线接入开始用于密集住宅小区，对其他接入技术提出了挑战；固定无线接入是新运营商进军接入网市场的一个切入点。
5.2 固定无线接入概述
用户终端到网络节点交换机之间的传输设施，部分或全部采用无线传输称为无线接入。用户终端位置固定的无线接入称为固定无线接入。
固定无线接入的特点是：用户终端不具备移动性；对某一特定地域的固定用户提供接入；没有越区切换和漫游的功能；工作频率高，在微波波段；提供高的传输容量和多业务；
5.2.1 典型的固定无线接入技术
1. LMDS(Local Multipoint Distribute Service）
覆盖3-5km, 向密集小区或大厦提供高速无线接入
2. MMDS（Multichannel Multipoint Distribute Service）
覆盖约50km, 向城郊的分散用户提供无线接入
3. 高轨卫星接入
典型的为DBS(Direct Broadcast Satellite ），覆盖广阔的地域，为偏远地区的用户提供无线接入。
5.2.2 固定无线接入网基本结构
一般采用有中心的结构，中心站称为基站；中心站控制所有用户站的接入，同时接入有线网；所有用户站之间不能直接通信，必须通过基站转发。如图5-1所示。
图5-1 固定无线接入网基本结构
5.2.3 固定宽带无线接入标准
固定宽带无线接入标准802.16的发展概况如下：
1. 802.16工作组1999年成立，制定本地/城域固定宽带无线接入标准。分为3个小组：802.16.1小组：10 GHz～66GHz 频带无线接口开发；802.16.2小组：宽带无线接入系统的共存；802.16.3小组：2GHz ～11GHz 频带无线接口开发。
2. 2001年12月802.16标准发布（10 ～66GHz ）。
3. 2003年1月802.16a 标准发布（ 2～11GHz ）。
4.WiMAX 联盟，WiMAX （ World Interoperability for Microwave Access ）推动802.16系列标准产品的应用及802.16产品的互连互通测试和认证。
5. 802.16e研究802.16用户在不同基站之间切换。
协议详细介绍如下：
（1）802.16的频段为10－66GHz ，美国分配的频段分为A 段：27.5GHz ～28.35GHz, 29.1GHz ～29.25GHz ，31.075GHz ～31.225GHz ； B 段：31．225GHz ～31．3GHz 。中国划分的频段为26GHz 。其他国家为：24GHz ，28GHz （多数国家采用）等。其技术特点：速率为155Mbps ，蜂窝半径为3－5km ，需要视距传输，支持多业务和保证QoS 。由于频段高，需视距传输，芯片贵，发展相对缓慢（比当初预期慢）。
（2）802.16a 的频段为2－11GHz 。其技术特点：速率为70Mbps ，蜂窝半径为30－50km ，可超视距传输，支持多业务和保证QoS 。应用前景：WiMAX 强力推荐，近期热门；Intel 等著名商家已投大量资金研制和生产支持802.16a 的芯片；Intel 与成都和大连签署协议，抢先占领市场。由于频段相对低，可超视距传输，实现相对容易，加上众多著名商家的强力参与，发展前景看好。
802.16的协议模型如图5-2所示。802.16的物理层的功能为：信号的调制解调，从无线信道上收发信号，信号的同步等。使用的双工技术为频分双工FDD ；多址技术:采用FDMA 和TDMA ；主要调制技术采用QAM ，802.16a 规定采用OFDM 。802.16 的MAC 层分为三个子层：业务汇聚子层CS(Convergence Sublayer ) 、MAC 控制子层（MAC Command Part Sublayer ）和加密子层PS （Privacy Sublayer ）；MAC 层功能为：提供面向连接的服务、带宽分配机制（申请、轮询等）、冲突分解机制、寻址方式、分段与重组、接入认证与数据加密。
图5-2 协议模型
5.3 固定宽带无线接入技术LMDS
固定宽带无线接入技术LMDS 本地多点分配业务，技术特点为：固定、双向、无线、宽带接入技术，采用点到多点微波传输技术，传输频带为微波范围10GHz ～66GHz ，带宽为
1.3GHz ，享有“无线光纤”之称，单基站覆盖半径3～5km ，多址方式采用FDMA 和TDMA ，调制方式为QPSK 、16QAM 和64QAM ，通信速率n ×64Kbps ～155Mbps ，支持业务有话音、数据、视频、多媒体综合业务。
LMDS 系统结构如图5-3所示。系统由用户站和基站组成，通过传输网（基础网）连接到LMDS 中心局，通过中心局连接到业务网；采用蜂窝小区结构，一个小区一个基站；基站之间不切换；点对多点结构，上行信道多个用户共享信道，需要某种信道访问机制。
图5-3 LMDS系统结构
LMDS 系统结构中的基站位于蜂窝小区的中央，向用户提供覆盖，基站可不划分扇区，也可划分扇区；基站全向天线和用户定向天线不划分扇区，基站多个定向天线、各天线覆盖一个扇区和用户定向天线要划分扇区；一般采用划分扇区，相邻扇区采用交叉激化方式，频率可重复使用，增加系统容量；扇区角度划分：150、22.50、300、450、600、900；对应扇区数：24、16、12、8、6、4。
图5-4 单扇区基站
图5-5 多扇区基站
LMDS 系统结构中的用户站设备包括天线、收发信机和网络接口单元NIU 。一个LMDS 的用户站可由多个用户终端共享，如一幢楼的所有用户终端，如图5-6所示。
图5-6 用户站
LMDS －技术特点：集中控制，便于用户接入管理（基站控制）；上下行不对称，下行带宽为1GHz ，上行为300MHz ，特别适合Internet 业务；提供QoS 保证，根据业务QoS ，申请并分配带宽; 全双工通信，FDD 实现上下行双向通信，下行为TDMA 方式，上行为FDMA 和TDMA ；系统容量大，带宽大（1.3GHz ），提供容量大；可扩容性强，可增加每个扇区的载波数（最多可容纳5个载频），可增加扇区的数量，最多可划分24个扇区。
LMDS 的主要影响因素为视距（要求视距传输）、雨衰（雨天信号衰减大）、树木反射（反射引起信号衰减）、天线的高度（高度低通信质量差），采取的应对措施：蜂窝交叠、保证天线高度、自动功率控制、抗衰落的调制技术和差错控制技术提高通信可靠性。因此LMDS 更适合于平原少雨的地区。
LMDS 的每个用户站有一个48位的MAC 地址，下行通信采用广播通信技术，各用户站接收符合自己地址的信息，上行信道分为许多个时隙（用于注册、竞争或传输数据等）；各站在上行发送数据之前，向基站申请时隙数，由基站分配（根据Qos 按需分配) ，各站在分配的时隙内上传数据；申请带宽时可能会冲突，冲突后按二进制指数退避；申请到带宽后，传数不会冲突。
5.4 卫星接入技术
卫星接入是利用人造卫星作为中继站，实现地球上无线用户之间、或移动用户到固定用户之间的通信，如图5-7所示。卫星接入的用户可移动，天线指向卫星，面状天线的口径越大，所需发射功越小。
图5-7 卫星接入
卫星接入的通信距离远、覆盖范围大、对接收站没有特别的地理环境要求，特别适合偏远山区、农村等地域；带宽高、容量大，特别适合广播型业务；传输时延大，不同轨道的卫星时延不同，适合的业务也有所不同。卫星工作频段范围很大，目前卫星通信使用的频段主要在L 、C 、Ku 、Ka 波段，如表5-1。
5.4.1卫星接入技术基本类型
卫星通信系统分为三种基本类型，GEO ：Geo —Stationary Earth Orbit地球同步卫星轨道，MEO ： Medium Earth Orbit中地球卫星轨道，LEO ：Low Earth Orbit低地球卫星轨道。
GEO 可称为地球同步卫星、高轨卫星、静止卫星，离地距离35768km ，与地球自转同步，相对于地球静止不动；3颗卫星就可覆盖全球，单颗星覆盖范围广，通信时不需更换卫星，信道稳定，由于距离远，时延很大，往返时延大于500ms ；不适合传输实时业务，但适合广播电视业务或无时延要求的数据业务，用于固定用户的接入。如东方红三号卫星（DFH-3），它是中国新一代通信卫星，主要用于电视传输、广播、通信及数据传输等业务。卫星上有24路C 频段转发器，服务范围有中国大陆、海南、台湾及近海岛屿。
MEO 离地距离10352km ，运行方向与速度与地球自转不同步，相对于地球是运动的，连续覆盖同一地域需要多颗卫星，一颗卫星可以较长时间覆盖某个地域，大多数通信过程可能不需切换卫星；时延较大，往返时延大于100ms ，不太适合传输实时业务，但有时依然传输话音，有一定延时；主要用于军事、海事等应急通信，用于固定或移动用户的接入。运行于中地球轨道的卫星大都是导航卫星，例如即将完成的北斗卫星导航系统，GPS （20,200km ）, 格洛纳斯系统（19,100km ）以及伽利略定位系统（23,222km ）。部分跨越南北极的通信卫星也使用中地球轨道；中地球轨道的卫星运转周期在2至12小时之间；最早的通信卫星“Telstar ”也是使用的这条轨道。
LEO 离地距离1457km （平均），运行方向与速度与地球自转不同步，相对于地球是运动的；连续覆盖某一地域需要许多颗卫星（几十上百），大多数通信过程可能需要切换多颗
卫星；时延较小，往返时延小于30ms ，适合传输实时业务及其他数据业务，最适合移动用户的卫星接入方式。OBCOMM 系统是由美国Orbital Sciences 公司和加拿大Teleglobe 公司共同提出的，是投入商用的小LEO 系统。
5.5 直播卫星DBS
直播卫星DBS 是一种采用同步轨道卫星作为通信链路，以大功率辐射地面某一区域，向用户传送信息的宽带接入系统。上行链路为各运营商将有偿信息加密上传至卫星，下行链路为卫星将有偿信息通过广播方式送回地面，由用户接收，用户必须安装相应运营商的解码器后，方能对信号解码；一般一个解码器只能对一个频道解码。它的卫星波束窄、功率大、用户天线小、只需接收天线和解码器就可接收信号；直播卫星DBS 是一种有偿服务，同时也是一种受管制的业务。
5.5.1 直播卫星DBS 的业务与实现
直播卫星DBS 的业务包括一下三种：
（1）广播电视业务：业务提供商将电视信号加密上传至卫星，卫星将各路加密信号复用下传到一个地面覆盖区，覆盖区的用户通过定向天线和特定解码器接收信号。
（2）广播数据业务：发送和接收过程与广播电视业务类似，用户可以通过定制的方式接收。
（3）Internet 下行业务，用户到网络方向的小数据量通过传统的地面方式接入（如话带modem 方式）网络到用户的大量数据通过DBS 传输；目前“中星在线”提供此项业务。
直播卫星DBS 的实现如图5-8所示，用户通过话带modem 方式接入ISP ，ISP 将用户请求转发到所访问的网站，网站信息传回ISP ，通过处理，ISP 将网站的信息上传至卫星，卫星将数据信息与电视节目复用，传回用户所在区域，用户通过天线和解码器接收。
图5-8 直播卫星DBS 的实现