W-OFDM在3.5GHz无线城域网接入中的应用
2019-11-03 19:09:42
供稿：网友
一、 Ｗ－ＯＦＤＭ 技术
ＯＦＤＭ技术是多载波传输技术的一种，它的特点是把窄带信号分割成频率较低的多个正交的次载波在信道上并行传送。由于它的正交性，ＯＦＤＭ信号可经由多个次载波信号重叠并行传送而不互相干扰。ＯＦＤＭ比非正交的多载波频分复用技术的带宽利用效率高得多。ＯＦＤＭ的正交多载波信号传送方式使它一方面具有一定的抗多径干扰能力，同时又能保持高的频率效益。每个次载波的频点都必须和相邻载波的零点重叠才能维持正交的关系。这重叠的带宽正是ＯＦＤＭ添加的频谱效率的来源之一。
ＯＦＤＭ虽然有抗干扰和频谱效率高的优点，但在实践上需要使用特别的技术来维持次载波的正交性。同时它有以下的缺点：对载波的相移和时钟取样（同步）的误差比单载波系统的要敏感；同时ＯＦＤＭ信号的“峰值和平均值的功率比”较高（即具有比较大的动态范围要求），所以对放大器的线性要求也较高。这些问题必须彻底解决才能使ＯＦＤＭ成为一个实用的、经济的、能解决多径干扰和ＬＯＳ的数据传输技术。
伟澜无线资讯公司的Ｗ－ＯＦＤＭ 技术是针对ＯＦＤＭ 技术的不足而开发的专利技术（美国专利编号：５?２８２?２２２； 加拿大专利编号：２?０６４?９７５）。伟澜同时采用了几种专利技术，有效地修正了原ＯＦＤＭ 技术的缺点：
１． 采用独有的信道估量技术（ｃｈａｎｎｅｌ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）配合Ｒｅｅｄ－Ｓｏｌｏｍｏｎ前向纠错技术，提高了纠错的效率。
２． 采用随机相位（ｒａｎｄｏｍ ｐｈａｓｅｓ）的“信号白化”技术，以减低信号的“峰值－平均”功率比，因而减低了信号的动态范围，使系统对放大器的线性要求减低。同时在没有消耗的情况下，随机相位的选择在“白化”的过程中添加了一层保安措施。
３． 频谱效率高；经过处理的Ｗ－ＯＦＤＭ信号比起单载波的频谱效率和接收灵敏度只是稍微减低，但在抗多径干扰的性能方面却显著地提高。用１６ＱＡＭ调制的商用Ｗ－ＯＦＤＭ系统目前已可达到３．２ ｂｉｔ／ｓｅｃ／Ｈｚ的频谱效率。由于Ｗ－ＯＦＤＭ 的技术开发的成功，ＯＦＤＭ技术在无线接入应用领域里已进入商用阶段。运通的方案采用第二代的Ｗ－ＯＦＤＭ技术，这方案的接入设备３．６ＧＨｚ－３．９ＧＨｚ频段 本年已经通过Ｔｅｌｅ ２公司在英国开始使用。
二、基于Ｗ－ＯＦＤＭ技术的无线接入设备的特点
１．较高的频谱效率
运通公司提供的ＢＷＳ ３５００ 设备是采用１６ ＱＡＭ 调制加上Ｗ－ＯＦＤＭ技术。 １６ ＱＡＭ 调制的频带效率理论值为： Ｒ／Ｗ ＝ ｌｏｇ ２ １６ ＝ ４ ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ。我们的 Ｗ－ＯＦＤＭ 设备采用 ２５６ 次载波? 但其中只有 ２００ 个次载波用来传输数据。 剩下的是用于信道估量和作ＩＦＦＴ／ＦＦＴ转换时的支持。 所以实际的频带效率为：Ｒ／Ｗ ＝ ?２００ ／ ２５６ Ｘ ４ ＝ ３．１２５ ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ。这是非常高的频谱效率，已经和一般窄带传输非常接近了。
ＢＷＳ ３５００的信道带宽是７ＭＨｚ ，加上相邻信道的隔离要求，这２５６个次载波是限制在＜７ＭＨｚ的信道带宽内。按６ＭＨｚ信道带宽计算，每台基站设备（ＡＰ）的接入数据速率为：
１ 峰值数据速率＝６ ＭＨｚ Ｘ ３．１２３ ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ ＝ １８．７５ Ｍｂｉｔ／ｓ
２ 扣除ＦＲＣ的开销，点到点的数据吞吐量 ＝ １２ Ｍｂｉｔ／ｓ
３ 再扣除点到多点的开销，点到多点的最低数据吞吐量 ＝ ９ Ｍｂｉｔ／ｓ
在实际的点到多点接入应用中，一台ＡＰ可支持的容量为：９ －１２ Ｍｂｉｔ／ｓ。从“调制”的观点看，Ｗ－ＯＦＤＭ的频谱效率已经很高，在ＯＦＤＭ的商用实践可以说是一个突破。以上的信道估量和ＦＲＣ的损耗，是为了解决“选频衰落”和体现ＮＬＯＳ的能力而付出的代价。
２．关于频率复用的探讨
“扇区的频率复用”优点是比较能满足带宽需求量很大的用户群。在带宽需求非常密集的地区，理论上这复用方式有一定的优势（例如个体用户需要１０Ｍｂｉｔ／ｓ以上的带宽）。但若用于“本地数据环路”或互联网的专线接入，目前一般ＳＭＥ用户的带宽要求多在２Ｍｂｉｔ／ｓ以下，在建网初期并没有使用大量扇区频率复用的需要，这手段的主要考虑还是在扩容。事实上扇区的频率复用只是扩容的手段之一，它的特点是能把带宽集中在选定的中心基站，以满足个别大户的需求。但在扇区交接间的ＣＰＥ的载干比（Ｃ／Ｉ）将会偏低，必须采取有效的解决方法。复用越大，干扰越难解决。从运营方面考虑，带宽大量集中容易做成基站设备（资金）的积压，复用程度越大，设备和带宽的积压程度也越高。同时带宽集中后，覆盖距离会相应增大，视距和多径干扰的要求也越严峻。如果没有高效的接入手段，在运营上会遇到困难。运营商如果是计划以无线作为光纤接入的过渡，扇区的频率复用不如基站的频率复用来得灵活。“基站的频率复用”是把覆盖区域作宏观的规划，用相同的信道按业务需要建立多个基站。带宽密度要求越高，基站的覆盖区域就越小。一般城区基站的覆盖范围是在半径５ｋｍ以内。郊区的覆盖一般在半径１０ｋｍ范围。这种接入方式事实上是移动蜂窝组网的基础，它的灵活和可行性已得到充分的验证。运通方案采用“基站的频率复用”的组网方式。 运通方案 采用宽带ＩＰ的设计，信道带宽设为７ＭＨｚ，使它更能发挥宽带ＩＰ的性能。我们认为７ＭＨｚ的信道带宽平衡了系统规模化和频率分割使用两者之间的要求，对ＩＰ业务运营比较适合。
３．较好的接入可靠性
运营商必须建立健全的链路然后基站的带宽才能产生经济效益。Ｗ－ＯＦＤＭ技术的主要功能是解决“选频衰落”。无论那类型的地理环境和地貌，只要引起信道选频衰落，都可因为采用运通方案的Ｗ－ＯＦＤＭ传输而优化。我们提出的方案不是针对某种特殊的环境和地理条件，而是提供一种普遍性的解决方案。据此观点，我们的方案可普遍地适用于解决各种地理条件、地貌、和服务环境引起的传输问题。Ｗ－ＯＦＤＭ的优势在发展中的城市尤其突出。发展中某鞘械孛脖涠艽螅蹋希拥囊蠖栽擞袒嵝纬珊艽蟮脑擞选＝ㄍ跗谑卑沧暗牟糠至绰房赡芑嵋虻孛哺谋涠鸾ザ窕轿薹ń油ǖ某潭娶?因此一个接入网必须考虑到将来能够按需要完成链路接入的能力。
４．ＩＰ和Ｅ１业务承载
Ｗｉ－ＬＡＮ ／运通提出的３．５ＧＨｚ无线接入方案是全ＩＰ的宽带接入网。在网络侧和用户侧提供１０／１００ＢａｓｅＴ的接口。它符合ＩＥＥＥ ８０２．３ｕ和Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ＩＩ协议，可以直接和任何ＬＡＮ相连。通过各种的路由器和业务模块，它能承载基本上所有的ＩＰ业务：包括数据、ＩＰ电话、ＶｏＩＰ、ＶＰＮ和电视会议等应用。数据业务的增长率超过ＴＤＭ话音已成定局，使用一致兼容的１０／１００／１０００ＢａｓｅＴ以太网接口将会大大简化网络的结构。
在提供以ＩＰ业务为主的前提下，运通方案将会提供一个性价比非常高的方案。
从现阶段过渡到全面的ＩＰ 接入必有一个过程，运营商必须顾及兼容问题。所以运通方案将同时提供用户需要的电路交换型终端接口。尽管缩短这种过程及尽快与ＩＰ接口接轨是许多运营商的发展目标，但提供Ｅ１业务仍然是市场竞争的手段之一。我们将按上述基本思路，建立以ＩＰ业务为主，同时能提供包括ＴＤＭ的综合业务平台。
伟澜公司将在Ｗ－ＯＦＤＭ技术平台上继续开发更高速的更成熟的无线接入产品。Ｗ－ＯＦＤＭ技术的潜力，在于它一方面具有抗多径干扰和非视距传输（ＮＬＯＳ）的能力，而这能力却对频率效益没有做成基本的限制。Ｗ－ＯＦＤＭ的系统本身和调制方式并无直接的关联。现阶段的运通方案产品采用的是１６ＱＡＭ的调制；但更高状态的６４ＱＡＭ，甚至２５６ＱＡＭ的调制也可应用在Ｗ－ＯＦＤＭ的系统上。现阶段的固定无线接入产品在伟澜的Ｗ－ＯＦＤＭ技术平台上只是刚进入起步阶段。短期的重点研发计划包括各种提高设备系统增益的可行方案，例如采用多输入多输出（ＭＩＭＯ）的天线设计等等。伟澜在固定无线接入的发展将依随ＩＥＥＥ ８０２．１６．３的宽带城域网标准（频率范围２ＧＨｚ到１１ＧＨｚ）。我们的发展路标，是２００５年开发完成１５５ＭＨｚ的ＡＰ设备，把３．５ＧＨｚ（或１０ＧＨｚ以下有足够带宽的频段）的产品开发成为非常高容量的接入系统。这个“低频段，高容量”系统将具有接近完美的组合：近于ＬＭＤＳ的容量，但传输距离远、不受雨衰及环境影响、而且具有ＮＬＯＳ的接入功能。
摘自《中国无线电管理》
