大庆石化通讯无线宽带网络系统研究
大庆石化通讯无线宽带网络系统研究
■黄睿赵丹张银春
１．引言
互联网的飞速发展以及多媒体业务的逐步推广，令宽带用户对网络带宽的要求愈来愈高，传统的有线接入方式无法跟上发展的速度。铜线电缆已完全不能满足传输的要求，如果添加额外的调制和压缩设备，成本又往往是用户所不愿意负担的；全光缆网络将是比较完美的解决方案，但对基础网络的要求过高，即使在发达国家也还需要一段时间才能实现；折衷的光纤电缆混合方案（ＨＦＣ）在很多国家并不适合，因为光纤与电缆往往掌握在不同的部门手中，由于法规的限制及各自利益的保护，混合使用难于实现。而随着无线通信技术的迅速发展，一种提供容量接近于有线光纤的新型无线通信技术异军突起，这就是本地多点分配业务——
—ＬＭＤＳ，宽带无线固定接入手段。
２００３年６月，大庆石化总厂通讯公司正式开通了自己的宽带接入业务，为总厂、石化公司、家属住宅区以及周边地区提供ＡＤＳＬ宽带上网服务。随着不断的应用和发展，我们也逐渐意识到了ＡＤＳＬ接入方式自身存在着一定的缺陷，因此开始了对新型网络接入技术的研究和论证，其中一个重点，便是有着“无线光纤”之称的ＬＭＤＳ技术。
２．ＬＭＤＳ系统概述
ＬＭＤＳ（ＬｏｃａｌＭｕｌｔｉｐｏｉｎｔＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅＳｅｒｖｉｃｅ，本地多点分配接入系统）技术是近年来逐渐发展起来的一种工作于２０～４０ＧＨｚ频段、宽带无线点对多点接入技术。在不同国家或地区，电信管理部门分配给ＬＭＤＳ的具体工作频段及频带宽度有所不同，其中大约有８０％左右的国家将２７．５ＧＨｚ～２９．５ＧＨｚ定为ＬＭＤＳ频段。该技术利用毫米波传输，可用频带宽度至少为１ＧＨｚ，基站每扇区速率可达２００Ｍｂｉｔ／ｓ，每个基站最大容量可达４．８Ｇｂｉｔ／ｓ（采用６４ＱＡＭ调制方式），具有很高的可靠性，号称是一种“无线光纤”接入技术。
ＬＭＤＳ采用一种类似蜂窝的服务区结构，将一个需要提供业务的地区划分为若干服务区，每个服务区内设基站，基站设备经点到多点无线链路与服务区内的用户端通信。每个服务区覆盖范围为２－１０公里，并可相互重叠。
ＬＭＤＳ具有更高的带宽，支持所有的话音及数据传输标准，如支持ＡＴＭ、ＴＣＰ／ＩＰ、ＭＰＥＧ２等标准，可以提供双向话音、数据及视频图象等多媒体业务，其网络开通快、运营成本低、组网灵活方便，是一种非常有前途的宽带固定无线接入解决方案，是解决通信网络最后一公里瓶颈问题的最佳方案之一。
３．ＬＭＤＳ网络结构
一个完善的ＬＭＤＳ网络是由四部分组成的：骨干网络、网络运行中心（ＮＯＣ）、服务区中的基站系统和服务区中的用户端设备。各个基站的数据送入骨干网络，完成话音交换、ＡＴＭ交换、ＩＰ交换等，并连入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ出口等。
基础骨干网络，或称之为核心网络可以由光纤
传输网、ＡＴＭ交换或ＩＰ交换或ＩＰ＋ＡＴＭ架构而成的核心交换平台以及与因特网（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ）、公共电话网
（ＰＳＴＮ）的互连模块等组成。
网络运行中心负责管理用户网络，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。
基站提供骨干网络与无线网络的连接点，并提供骨干网络终端接口，包括ＰＳＴＮ、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ、Ｆｒａｍｅ
Ｒｅｌａｙ、
ＡＴＭ、ＩＳＤＮ等。完成复接分接功能，且含有本地控制功能，完成本地流量控制、注册、信道管理等。
由基站至用户端的下行链路采用时分复用（ＴＤＭ）的方式进行复用。射频调制可选ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ和６４ＱＡＭ等多种调制方式。
用户端设备包括室外安装的微波发射与接收装置和室内的网络接口单元（ＮＩＵ），ＮＩＵ为各种用户业务提供接口，并完成复用／解复用功能。典型的ＬＭＤＳ系统可提供多种类型的用户接口，
包括：ＩＳＤＮ、Ｅ１、ＦＲ、
１０ＢａｓｅＴ、ＡＴＭ等等，速率也非常全：６４ｋｂｉｔ／ｓ、Ｎ×６４ｋｂｉｔ／ｓ、２Ｍｂｉｔ／ｓ、Ｎ×２Ｍｂｉｔ／ｓ等，基本上目前常见的
业务都可直接接入。
由用户端到基站的上行链路，可通过时分多址（ＴＤＭＡ）、
频分多址（ＦＤＭＡ）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，它适用于租用线路服务的接入方式。ＴＤＭＡ则适于支持多个突发性或低速率数据用户的接入，因此ＴＤＭＡ适合提供按需分配带宽的接入方式。ＬＭＤＳ运营者应根据用户业务的特点及分布来选取合适的多址方式。根据用户的具体位置与业务需求情况，配置合适的用户端设备。
４．石化地区宽带网络现状
大庆石化通讯宽带网络其下负责大庆石化地区龙凤、厂西、乙烯、卧里屯四点及周边地区地宽带网
络接入服务。从２００３年至今共发展Ｉｎｔｅｒｎｅｔ和
Ｉｎｔｒａｎｅｔ用户合计１３０００余户，年创产值６００余万
元。网络采用ＡＤＳＬ接入技术，２００３年初规划施工，同年５月份建成并试运行，至６月中旬试运行完毕正式开通。本网络系统主干传输线路采用全光纤模式，各居民小区通过本地Ｄｓｌａｍ设备将用户集中至地区节点交换机，再经节点交换机集中至中心汇聚交换机，最后通过边缘路由器接入互联网络和企业内部网络。图１－１为石化宽带网络拓扑图。
网络分支部分采用０．４线径大对数电缆经由交接箱分至各楼宇进户。终端用户通过分离器将语音信号和数字信号分离开来，
最终通过ＡＤＳＬ
ＭＯＤＥＭ接入上网。
５．石化地区ＬＭＤＳ具体实施方案及优缺点５．１实施方案５．１．１系统传输方式
系统使用一个基于ＡＴＭ信元复用的连续的载波从基站到远端站方向传送数据。每个扇区使用一个或多个下行载波发送这些信元到远端站，这些载波以不同的频率发射避免干扰。远端站可以使用
ＦＤＭＡ或ＴＤＭＡ体制发送信息到基站。当远端站使
用ＦＤＭＡ上行链路时，每一个远端终端通过不同的载波同位于基站的一块解调板通信。当远端站使用
ＴＤＭＡ上行链路时，每个远端终端共享一个单独载
图１－１石化宽带网络拓补图
波的不同时隙。
基站从ＯＣ－３网络接口恢复ＡＴＭ信元。业务承载信元传送到六个调制器接口中的一个。带内网管信元被发送到基站的处理器中。业务承载单元被调制，使用ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ或６４ＱＡＭ并通过扇区的ＯＤＵ广播出去。
每个远端终端调谐接收基站的其中一个载波。这里，解调器恢复数据和时钟，生成一个ＡＴＭ信元流。远端终端只处理在信元路由表中有的ＡＴＭ信元。所有剩余的信元送到其他的远端终端，并在此端被忽略。
每个远端站被规定使用ＦＤＭＡ或ＴＤＭＡ方式回传给基站。当远端终端到基站链路使用ＦＤＭＡ方式时，发射端的调制解调器工作在一个连续的载波模式。每个远端终端与在扇区终端的一个特定的解调器维持一个连续的链路。链路的净负荷时带ＦＥＣ编码的ＡＴＭ数据。
如果远端终端到基站链路使用ＴＤＭＡ方式时，发射端的调制解调器工作在一个突发载波模式。网络定时被精确的保持来获得最佳性能和减少丢失突发帧的概率。每个从远端站来的突发帧包括一个前同步、独立字、ＦＥＣ编码和包括两个或４个ＡＴＭ信元的净负荷。
ａ．系统采用扇区制结构，模块化设计
ｂ．每扇区可含１到５个载波，单载波容量４０Ｍｂｉｔ／ｓ
ｃ．扇区容量２００Ｍｂｉｔ／ｓ，可寻址１５０个用户
远端
ｄ．扇区天线角度多种选择：１５°、２２．５°、３０°、
４５°、６０°、９０°。
ｅ．每基站可由１到２４面扇区组成
ｆ．每基站可选择不同天线角度的扇区任意
组合，覆盖１５°到３６０°的范围
ｇ．基站容量４．８Ｇｂｉｔ／ｓ，可寻址３６００个用户
远端通常通信半径为２￣５公里
５．１．２案例
下面以龙凤地区一个单基站系统（周围３６０°全覆盖）为例进行说明：
局端设备
ａ．骨干网
骨干网络直接采用原有边缘路由器＋汇聚交换机的工作模式，再通过单模光纤经由汇聚交换机连接基站。
ｂ．基站配置
配置方式：采用１５°扇区天线，总共２４个１５°的５载波扇区子系统
覆盖范围＝２４＊１５°＝３６０°
最大用户端节点数量＝３６００个
实用用户端节点数量＝４００（覆盖范围内实际楼宇数量，实际约为４００个左右）
最大用户数量＝３６００＊２４＝８６４００（视用户端网络接口单元端口数量而定，平均每单元２４端口）实用用户数量＝４００＊２４＝９６００户
扇区容量＝２００Ｍｂｉｔ／ｓ
基站容量＝２４×２００Ｍｂｉｔ／ｓ＝４８００Ｍｂｉｔ／ｓ
用户端设备
ａ．楼内配置
定向天线数量＝１网络接口单元＝１
５类双绞线＝２４（视本楼用户数量决定，平均约２４户）
具体方案示意图如图１－２所示
图１－２
５．２ＬＭＤＳ的相对优势
与石化地区原有的有线接入方式相比，ＬＭＤＳ具有以下优势。
（１）工作频带宽、可提供宽带接入。ＬＭＤＳ的工作频带带宽至少有１ＧＨｚ，可支持的用户接入数据速率高达１５５Ｍｂｉｔ／ｓ，能够满足广大用户对通信带宽日益增长的需求。
（２）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。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。
（３）可以抛开日趋拥堵的市内地下管网，避免新增用户与主干电缆对数不足之间的矛盾。
（４）现有全部网络用户只需４座基站即可全部容纳，投资少管理便利。
（５）完全避免由于主干与分支电缆故障造成的服务暂停，同时也消除了因此带来的维护工作量和直接、间接经济损失。
（６）每栋楼于最低可支持２４个宽带用户，如有需求增加用户端口工作也极其简单，避免了原有铜质双绞线入户时经常出现的线对不够问题。
（７）由于直接使用５类双绞线入户，省去了原有ＡＤＳＬ接入模式中每用户都需要的ＡＤＳＬＭＯＤＥＭ，节省了大量用户端设备投资，也因此不会因用户流动而造成资产沉淀。
（８）市内单个基站适用距离为５公里以内，龙凤、厂西、乙烯、大化四个地区正好各布置一座基站即可满足用户需要，而边缘地区由于没有高大建筑物遮挡，信号可以传输至更远的１０公里左右，基本可以完全覆盖原有有线网络一直无法布设到的最外围地区。
（９）完全可以通过同一信道传输ＰＳＴＮ、ＣＡＴＶ等等其他业务信号，实现三网合一。
５．３ＬＭＤＳ系统的局限性
（１）由于工作频率高，通信质量易受雨、雪等天气影响。
（２）基站设备相对比较复杂，价格较贵，平均每用户成本较高。
（３）ＬＭＤＳ产品还存在不成熟之处，有待厂家进一步完善，如早日增加多业务接入模块，提供更加广泛的业务类型，扩大ＡＴＭＶＣＣ寻址范围等。
６．结论
随着互联网技术的不断应用与发展，实现无线上网已是时代的潮流，通过大庆石化通讯ＬＭＤＳ网络系统的建设方案，有力地证明了ＬＭＤＳ无线接入系统在大庆石化地区互联网接入服务商成功应用的可行性和先进性。ＬＭＤＳ无线接入系统的应用将有利于降低网络的整体维护量，降低网络的整体成本，保证网络的稳定性。并通过对新技术、新设备的应用，提高了用户可用带宽，能够为新一代的多媒体业务、ＩＰＴＶ业务及其它新兴业务的顺利开展，提供强有力的平台保障。
作者简介：
黄睿，男，２０００年毕业于吉林大学信息工程学院通讯工程专业，同年进入长春鸿达集团任系统集成工程师，从事网络通讯工作。２００３年１１月进入大庆石化总厂通讯公司数据业务中心，从事网络管理。现任数据中心副主任，助理工程师。
赵丹，女，２００３年毕业于大庆石油学院计算机工程与科学专业，同年进入大庆石化总厂信息技术中心，从事软件开发工作，助理工程师。
张银春，女，１９９８年毕业于佳木斯大学工学院计算机工程与科学专业，同年进入大庆石化公司化工二厂工作，从事自动化控制工作。２００１年６月进入大庆石化总信息技术中心，从事软件开发工作，助理工程师。