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MMDS宽带无线通信技术概述

2/14/2005来源:移动通信人气:9780

湖南邵阳电视台 邓永红


  摘要:本文从MMDS的概念,MMDS技术可以提供的业务,MMDS的发射与接收,MMDS系统的技术要求,MMDS的特点,MMDS与LMDS的比较,MMDS的现状与发展趋势等方面,详细地介绍了MMDS宽带无线通信技术。

  关键词:MMDS。

  MMDS(Multichannel Microwave Distribution System )多路微波分配系统,也称无线/有线电视系统,80年代初使用于美国,90年代初传入中国。已成为有线电视系统的重要组成部分,MMDS是以传送电视节目为目的,模拟MMDS只能传8套节目,随着数字图像/声音技术和对高速数据的社会需求的出现,模拟MMDS正在向数字MMDS过渡。美国的数字MMDS由于有31个频点,可以传送MPEG-2压缩的上百套电视节目和声音广播节目。它还可以在此基础上增加单向或双向的高速英特网业务。

一、MMDS的概念

  MMDS技术其实也是一种无线通信技术,这种技术的英文全名为Multichannel Microwave Distribution System,中文含义叫无多路微波分配系统。这种技术是最近才发展起来的通过无线微波传送有线电视信号的一种新型传送技术,这种技术不但方便安装调试,而且由这种技术组成的系统重量轻、体积小、占地面积少,很适合中小城市或郊区有线电视覆盖不到的地方。这种技术是一种通过视距传输为基础的图像分配传输技术,它的正常工作频段一般为2.5GHz——3.5GHz,这种技术不需要安装太多的屋顶设备就能覆盖一大片区域,因此利用这种技术人们可以在反射天线周围50公里范围内将100多路数字电视信号直接传送至用户。一个发射塔的服务区就可以覆盖一座中型城市,同时控制上行和下行的数据流。现在MMDS使用了传统的调制技术,但是未来的技术将是基于VOFDM(Vector Orthogonal Frequency Division Multiplexing)的,接收端与反射的信号相结合,生成一个更强的信号。这种技术成本低廉,常用于远离服务中心的小型企业接入网,它有时被称为WDSL或通称为宽带无线技术。

  MMDS是一种新的宽带数据接入业务,在移动用户和数据网络之间提供一种连接,给移动用户提供高速无线宽带接入服务。在系统的更新换代方面,MMDS技术将会比其他通信技术更容易升级。MMDS最显著的特点就是各个降频器本振点可以不同,可由用户自选频点,即多点本振,所以,各降频器变频后的信号,可以分别落在电视标准频道的VHFI、Ⅲ频段;增补的A、B频段;UHF的13~45CH(频段),这对于用户避开当地的开路无线电视或CATV占用的频道有极大的好处。早期MMDS主要是一种单向非分配型图像业务传输系统。现在已可以比T-1更快的速率发送和接收数据信号。MMDS不需要与本地的电话和有线电信服务公司打太多的交道,这些公司一般都不愿意合作,不想开放自己的网络。在MMDS系统中,通常是用以太网与无线Modem连接。

二、MMDS技术可以提供的业务

  MMDS技术可以为用户提供多种业务功能,这包括点对点面向连接的数据业务、点对多点业务、点对点无连接型网络业务。

(1)点对点面向连接的数据业务是为两个用户或者多个用户之间发送多分组的业务,该业务要求有建立连接、数据传送以及连接释放等工作程序。

(2)点对多点业务可以根据某个业务请求者的要求,把单一信息传送给多个用户,该业务又可以分为点对多点多信道广播业务、点对多点群呼业务等。

(3)点对点无连接型网络业务中的各个数据分组彼此互相独立,用户之间的信息传输不需要端到端的呼叫建立程序,分组的传送没有逻辑连接,分组的交付没有确认保护。

  除了提供点对点、点对多点的数据业务外,MMDS还能支持用户终端业务、补充业务、GSM短消息业务和各种GPRS电信业务。

三、MMDS的发射与接收

  MMDS的传输发射方式分单频点发射机和宽带发射机两种:

1.单频点发射机特点

(1)可靠性比较高。如某一路发射机发生故障中断了发射,不会影响其他路信号的传输。

(2)传输距离较大。覆盖范围最大可达50公里以上。通常传输12路电视信号的农村有线电视网要覆盖30公里以上距离都使用此类发射机。

(3)由于它采用独立发射机,成本造价较高。

(4)发射机置于室内,维护方便。

2.宽带发射机特点

(1)结构简单,使用方便。

(2)覆盖范围较小,一般在30公里半径以内。

(3)成本低,很受经济不太发达地区用户的欢迎。

(4)可置于室外天线后部,免去建机房及购买馈管和波导的费用。

  由于MMDS系统是将前端的电视信号通过无线电波向空中发射,在覆盖范围内,用户借助廉价接收设备便可接收,如何杜绝非法用户就成了一个困扰人的问题。但也并不是没有解决办法,就这种问题有以下几种解决方案:

1.在前端加上可寻址加扰系统,对信号进行加扰及对用户进行授权。在接收端通过解扰器将信号还原为可收看信号,这样即使盗接信号者有解扰器,由于其未被授权,也只能收到加扰后被扰乱的信号。

2.在MMDS发射前端加扰(编码),接收用户可向加扰单位购买解码器,安装在接收端的前端就可收到信号。 目前加扰有三种方法:1、视频加扰 2、音频加扰 3、音视频全部加扰   

3.在前端增添一套加扰设备对发送的信号进行加扰。现行的加扰方案有射频加扰和视频基带加扰两种。

四、MMDS系统的技术要求

  按照国际通信标准,MMDS频道配置应该与国际接轨,在2503-2687MHz频段内,以每频道8MHz带宽邻频道间隔排列23个电视信道。并在2684-2700MHz专用频段内,用于数据及话音通讯传输及双向传输的上行回传。在200MHz带宽内,以梳状方式分成两个独立组,A组采用奇数频道号,B组采用偶数频道号,以隔频道排列。

  MMDS系统作为一级供电发射系统,应有两个独立电源或自备发电机,并备有交流稳压电源。输出电压电力供给要没有短暂的脉冲电压,或采用铁磁稳压器,可抑制各种浪涌电压和雷击时从电源进入的感应电压。

  MMDS系统微波站必须可靠接地,按国际通信标准要求:收发天线系统接地电阻不应大于4Ω;技术用房接地电阻不应大于4Ω;设备系统接地电阻应小于4Ω;设置在铁塔(或高层建筑)上的设备接地电阻应小于4Ω;MMDS系统的工作接地系统、保护接地系统和防雷接地系统应分设接地体,再将三个接地体汇接成一个总接地系统。

  MMDS系统必须有良好的防雷设施,供电线路和通讯线路也必须有防雷措施;雷击放电时产生巨大的能量,除直接通到地面外,还可通过长传输线产生感应电进入电子设备。所以MMDS系统的发射机房主发射天线的传输线要每隔1~2米安装不锈钢接地夹子。上、下端应与铁塔金属结构连接,然后在塔底接至接地系统。

  MMDS系统的发射机与频道合成器之间的传输线应尽量短,频道合成器波导输出口距离墙面至少0.6米。为保护发射机系统正常运行(尤其是大功率发射机),应保证机房内通风和室温的条件,机房的温度应保证在0~45°C之间。有条件的最好采用空调设备,以保持机房内的温度为+20°C~ +27°C的理想温度。因为频道合成器及波导元件的尺寸直接影响发射频率稳定度及发射机的可靠性。发射机内部过热会自动保护而暂时停机,直到温度恢复为止。另外,低温会引起设备内部的冷凝,会影响电气性能。此外MMDS系统的房屋与天线铁塔应尽量靠近,MMDS机房最好设在楼顶上,以缩短馈线长度;拐弯要少,并要有馈线架。MMDS系统的机房通往室外的走线沟槽、孔洞及穿墙处,应加以密封,防止雨水、风、雪、霜、雾进入系统机房。

  在使用MMDS系统来接受信号时,大家需要注意的是接收点的选择,面对发射台方向不能有遮挡,要避开通讯、雷达等干扰源。在对MMDS信号接受系统调试时,只要使用场强仪,用连接线与下变频器、馈电器连接起来。先把场强仪或电视机调到欲收的频道上,然后调节天线的方向角与仰角找到主信号后再微调场强仪的频率,反复调整使信号最强;MMDS系统的接收天线高度尽量安装在高层建筑物顶上。考虑到周围树木的影响在冬天安装时,信号电平调整得高些,留有余量,因为夏季由于森林树木影响信号电平要弱些。MMDS系统的下变频器输出,可对个体信号进行接收,也能集体接收进入CATV(有线电视)分配网;倘若要集体接收信号时,有的系统直接进CATV分配网,有的系统在MMDS接收后,再与本地卫星接收信号及地面电视广播信号在CATV分前端中混合进入分配网。另外在混合接受信号时,一定要注意考虑频道的分配、交互调干扰、电平均衡等问题。

五、MMDS的特点

  随着通信人数的不增增长以及人们通信能力要求的不断提高,全世界上的通信需求量几乎以每年20%-30%的速度不断递增着,而且迄今没有减缓的迹象,用户侧终端的速率也在突飞猛进,个人用户和单位用户的无线接入正向宽带快速汇聚。显然,接入网的宽带化将成为未来接入网发展的主要技术趋向。而MMDS技术作为一种新兴的宽带技术,正以其自身的特点成为人们一种切实可行的宽带选择:

(1)MMDS技术使用了最新的传送数字信号的信源编码与信道编码技术,同时在MMDS系统中人们还引入了最新的调制技术,这样会使得数字信号的频谱压缩,从而能大大提高了频道利用率,最终可以提高通信功率与频谱的综合利用。

(2)与传统的AML、FM微波传输方式工作频段相比,MMDS工作频段要稍微低一点,而与地面电视广播VHF、UHF频段相比,MMDS其绕射能力要弱一点,各种楼层建筑物对其吸收大,反射波弱,不会产生重影;此外组建MMDS技术系统需要的设备价格费用很低,特别是MMDS下变频器更是小型化、集成化、大批量生产,更显示其性能/价格比优的独特魅力;所以MMDS技术很适用于大、中城市个人用户或单位用户接收,不需敷设光缆耗费大量的财力物力,而且操作简单方便。

(3)MMDS无线传输网与有线电视光纤网一样,可采用加/解扰技术,实现可寻址收费系统,计算机用户管理系统。MMDS无线传输网与光纤网一样,可实现双向传送话务和数据信息,视频点播、电视会议等。数字压缩技术最终解决MMDS频道容量少的缺陷。可将4~10路电视节目压缩在一个模拟的8MHz通道中传输。

(4)由于MMDS通信技术采用数字滤波与数字存储方式,因此人们可用很简单的方法就能消除伴随图象传输的噪声,来高效改善图像传输的信噪比;此外,MMDS技术采用的数字滤波与数字存储方式也很容易实现自适应的二维、三维亮度分离,彻底消除亮度干扰;及其他提高图像质量的措施,这样通过MMDS系统来传输数字电视信号的图像质量要比通过普通方式传递的信号质量高得多。

(5)MMDS通信系统采用数字压缩发射机来大大减少模拟发射机的数量,而且从建设的成本来考虑,采用数字传输系统要比采用相应的模拟发射机的成本低好几倍,这种方式甚至比通信光缆的铺设更能节省投资。而图像质量等同于光缆传输质量,大大优于模拟传输质量,其可靠性大大高于光缆传输。如果省、市级已采用了MPEG-2数字压缩传输,那么县、乡级不用自行解决压缩设备。

六、MMDS与LMDS的比较

  MMDS的频率是2.5~2.7GHz。它的优点是:雨衰可以忽略不计;器件成熟;设备成本低。它的不足是带宽有限,仅200MHz。许多通信公司看中用LMDS技术来作为数据、话音和视频的双向无线高速接入网。但由于MMDS的成本远低于LMDS,技术也更成熟,因而通信公司愿意从MMDS入手。它们正在通过数字MMDS开展无线双向高速数据业务,主要是双向无线高速英特网业务。

  与点对多点的LMDS相比,MMDS适于用户相对分散、容量较小的地区,从成本上来讲,MMDS低于LMDS。MMDS所能提供的数据带宽同样与可利用的频段、采用的调制方式(QPSK、16QAM或64QAM)和扇区数量有关。粗略估算,能够提供的容量大约为所占频率带宽的3~4倍,即100MHz的频率带宽能提供300Mbit/s~400Mbit/s的数据带宽,供一个基站覆盖范围内的用户共享。从对产品的提供情况来看,MMDS比LMDS要弱一些,但目前已经有一些厂家。MMDS同样能够作为IP、TDM和帧中继等接入骨干网络的宽带无线接入解决方案。用户通过它可以实现Internet接入、本地用户大容量数据交换、话音、VoIP、VOD、数据广播和标准清晰度或高清晰度电视信号等多种业务。

七、MMDS的现状与发展趋势

  在未来的一段时间内,美国的WorldCom公司将把MMDS服务拓展到美国8个新的市场,该服务可以将固定无线的连接速度从384kbps提高到1Mbps,每月服务费也由200美元涨到600美元。尽管MMDS服务的价格极具有市场竞争力,不过在美国地区依然只有一小部分用户能购买到这些服务,美国的通信营运商WorldCom公司、Sprint公司和Nucentrix公司几乎掌握了美国所有的MMDS使用许可;据不完全统计,到目前为止,选择美国MMDS服务的个人用户数量和家庭用户数量已经超过10万户,其中3.2万户是美国WorldCom公司的用户。WorldCom公司目前 除了向各位用户提供384kbps的对称MMDS服务外,还提供每月收费400美元的服务,此服务为用户提供768kbps的下载速度及512kbps的上传速度服务;每月收费600美元的服务,则为用户提供了512kbps的上传服务和1Mbps的下载服务。服务供应商对于每一个MMDS产品的一次性安装费用为1万美元。现在最新推出的MMDS技术装置并没有视行需求,可以在大型的建筑也有可能在厚重的木质结构建筑中使用;现在购买MMDS服务不是一件容易的事,因为许多通信服务供应商正在等待新一代的设备投放到市场上。

  最近,我国有的大城市已经成功地建成了数字MMDS系统,并且已经投入使用。不仅传送多套电视节目,同时还将传送高速数据,成为我国数字MMDS应用的先驱。数字MMDS不应该单纯为了多传电视节目,而应该充分发挥数字系统的功能,同时传送高速数据,开展增值业务。高速数据业务能促进地区经济的发展,同时也为MMDS经营者带来更大的经济效益。因为数据业务的收入远高于电视业务的收入。


摘自 赛迪网