CN1255794A - 宽带无线多媒体通信系统 - Google Patents

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Abstract

公开一种局域多点分布业务(LMDS)系统,与电缆通信系统相比,LMDS系统降低了安装和维护的成本,系统安装只需要花费较少时间,并能提供多种多媒体通信业务。根据本发明的一个特征,LMDS系统包括:用于多路复用和调制从网络接收的分组数据,解调和多路分解接收的光信号的数据/信号处理器;至少一个将多路复用和调制的分组数据下行转换为射频(RF)信号,并将接收的RF信号转换成为光信号,以便发送给数据/信号处理器的基站。

Description

宽带无线多媒体通信系统
本发明涉及一种宽带无线通信系统，特别是涉及一种局域多点分布业务系统(LMDS)，它能够向通过无线网络联网的用户提供各种多媒体业务，如：无线本地环路(WLL)，局域网(LAN)，共用天线电视系统(CATV)，等等。
根据近来高度的计算机化，移动网络公司一直在开发能够随时随地提供任何数据格式业务的通信系统。在这种情况下，提供了电缆多媒体通信系统，它可以用作多种数据信息，如字符、数字、图象、声频数据等等。但是，在电缆多媒体通信系统中要花费长时间去构造整个网络，并且网络必须每七年更换一次以确保高质量的图象。此外，电缆易受诸如暴雨，暴风雪之类的自然灾害侵袭。
因此，为改善上述问题，开发了一种宽带无线多媒体通信系统。然而，无线多媒体通信系统还未得到普及，一些公司不需要公开他们有关这方面的技术秘诀。
宽带无线通信系统中的一种是局域多点分布业务(LMDS)。LMDS是利用用户毫米波段的环路频段提供超高速宽带多媒体业务的无线商业网络业务，其中，毫米波的上行频率从24.25到24.75GHz，下行频率从25.5到27.5GHz。业务项目有话音电话，数据通信，通话图象业务，音频数据图象多媒体业务，线路租用业务等。用户可以是公众，专用网络用户，公用网传送转播器，等等。业务区域大约2-5km。现在，DAVIC(Digital Audio-Visual Council数字视听委员会)正在建议一种LMDS的标准规范。
图1是常规的宽带无线多媒体通信系统的简要结构。在结构中，一般的宽带无线多媒体通信系统由下列部件构成，包括：中心局20，用于多路复用分组数据和监控整个网络及每个用户；多个前端2，用来多路分解来自中心局20的业务信号并将被多路分解的信号调制为光信号，或解调并多路复用接收的光信号并将多路复用信号传送到中心局20；多个基站30，用于将来自前端2的光信号转换成为电信号，经放大后传送给接收端用户，或将从发送端用户接收的射频(RF)信号转换成为中频(IF)信号并将它们转换成为光信号以传送到前端2；用户住所设备(CPE)40，用于处理从基站30接收的信号并向最终的外围设备提供处理信号，或将传输的外围设备数据转换成为ATM信元结构，再发送到该基站30。
用户住所设备(CPE)40由室外单元(CPE ODU)12，天线13，网络接口单元(NIU)14，电话15及计算机16组成。
在图1中，ATM(异步传送模式)交换机1分析LMDS系统中使用的基于ATM信元的数据并交换数据。前端2与中心局20的单元通信，发送数据到用户住所设备40，并处理从用户住所设备40下发的数据，以便发送到中心局20中的单元。集线器室外单元(HUB ODU)3通过其天线4将来自前端2的信号转换成为上行格式，以便以射频信号辐射，或将来自用户住所设备40的信号转换成为下行格式，以便提供给前端2。因特网网关5用于向用户住所设备40提供ATM-LAN业务。当数据在ATM交换机1和专用小交换机(PBX)9之间进行交换时，互通功能6将ATM交换机1与PBX 9匹配以便二者联动工作。为执行这一功能，IWF6安装在硬件及软件模块中。网络管理系统(NMS)8起到管理ATM交换机110和集线器室外单元3之间的网络状态的作用。它还管理它与用户住所设备40之间的无线信道的状态。PBX 9在用户住所设备400使用WLL(无线本地环路)作为专用网业务时起到管理计费信息的作用。另外，它还与PSTN联动工作以便进行数据通信。因特网业务提供者ISP 10是指用于因特网业务的接入网络。
图2是图1所示的宽带无线多媒体通信系统的详细组成。参考图2，中心局100是由以下部件构成，包括：因特网网关110，用于向用户住所设备400提供ATM-LAN业务；交换机120，用于分析基于ATM信元的数据并对其进行交换；电话交换机130，用于对连接到公众交换电话网(PSTN)的电话间的交换；数字接入或交叉连接系统(DACS)140，用于多路复用或多路分解多条专线；网络接口150，用于路由、多路复用、和多路分解从交换机120、电话交换机130和DACS140传送的数据流；与网络接口150相连的以太网总线160；用户管理系统(SMS)170，用于管理至少一个用户住所设备400的操作状态及有关信息；网络管理系统(NMS)180，用于管理前端200与基站300之间的操作状态，以及管理它与用户住所设备400之间的无线信道的状态；网络管理控制190，用于管理至少一个NMS 180。
图3是图1所示的交换机120、网络接口150和前端200之间的互连。图3示出在使用LMDS系统的通信公司，如CATV公司的基站中由属于前端200的基站300监控的信道卡。在图3中，中心局100的交换机120与基站300的网络接口150经STM-1级SDH发射机连接。在此，网络接口150起到了ATM交换机的作用，并安装在基站300的工作室。另外，微波转换器340安装在室外发射塔上。
如上所述，在使用LMDS系统的常规通信系统中，ATM交换机、前端、基站相距很远。因此，当必须扩充新信道时，必须在每一个基站进行工作并且需要在每一个基站中增加设备。再有，每个基站必须有一个房间用于设备安装，而且，在网络接口与集线器室外单元之间采用环型连接的情况下，还需要SDH增加/分接多路复用器。另外，维护和故障处理也十分不方便。
本发明的目的是提供一种局域多点分布业务(LMDS)系统，它与电缆通信系统相比降低了安装及维护费用，系统安装只需花费一点儿时间并能提供多种多媒体通信业务。
本发明的另一个目的是提供一种局域多点分布业务(LMDS)系统，它提供利用用户毫米波段的环路频带提供超高速率的宽带多媒体业务，以便向与基于ATM的电缆网络连接的用户提供无线因特网、无线本地环路、线路租用业务等。
本发明还有另一个目的是提供一种宽带无线多媒体通信系统，它拥有合适的频率安排结构，当基站被分为每个信元两个频率或在相应基站的每个扇区使用不同频率时，不会影响相同信道的基站和用户。
根据实现本发明目的的一个特征，依照本发明，LMDS系统由用于多路复用和调制从网络接收的分组数据，并解调和多路分解接收的光信号的数据/信号处理器；以及至少一个用于将多路复用及调制的分组数据下行转换成为射频信号，并将接收的射频信号转换成为光信号以便发送到数据/信号处理器的基站组成。
根据实现本发明目的的另一个特征，依照本发明，用于宽带无线多媒体通信系统的LMDS系统的特征在于，将频率重用参数(K)设置为“1”来设计基站蜂窝，其中相邻蜂窝可使用当前蜂窝中的频率。
根据下面的详细描述，本发明的目的、特征以及优点对本领域技术人员是显而易见的，其中：
图1是一般宽带无线多媒体通信系统的方框图，
图2是常规宽带无线多媒体通信系统的方框图，
图3是在图2中所式的ATM交换机、网络接口以及前端之间的互连方框图，
图4是根据本发明的ATM交换机、网络接口以及前端之间的互连方框图，
图5是图4中所示的网络接口的方框图，
图6是图4中所示的前端的方框图，
图7是图4中所示的基站的方框图，
图8显示了当基站在每两个扇区中使用同一频率时的蜂窝计划方法，和
图9显示了当基站在每两个扇区中使用不同频率的蜂窝计划方法。
以下，参考附图描述本发明的优选实施例。
参见图4，根据本发明的宽带无线多媒体通信系统由下列部件组成，包括：交换机120，用来分析用于多媒体数据通信的分组数据并对分析数据进行交换；网络接口150，用来路由、多路复用、多路分解来自交换机120的数据流；多个前端200，用来从网络接口输出经过多路分解和解调的业务信号，或解调并多路复用输入并将解调信号传送到中心局100；多个基站300，用于将来自前端200的光信号转换成为电信号，经放大后传送给接收端用户，或将从发送端用户接收的射频(RF)信号转换成为中频(IF)信号并将它们转换成为光信号传送到前端2。
如图4中所示，因为交换机120、网络接口150以及前端200一起安置在一个地方，所以容易维护及处理故障。另外，当基站300扩充信道时，只需要在基站及前端200增加微波转换器。这样，由于设备被集中在中心局100，方便了对基站的操作和维护。由于基站的结构与图3中的结构相比变得简单，因此降低了设备成本。
图5是图4所示网络接口150的方框图。用户连接模块(一个E1连接模块，一个DS3连接模块，一个STM-1连接模块，和一个STM-4连接模块)将线路与相关模块连接。例如，当使用电话交换机130时，它将线路与E1连接模块51连接，而当使用交换机时，它连接DS-3与STM-1连接模块52和53的连接中。电路模拟60与各种ATM或非ATM网络相连并将数据前向和/或反向转换成为适合内部系统的信元。Per-VC队列缓冲器71执行分组级缓冲控制及标题转换功能。UPC(使用参数控制)73监控是否正常遵守由终端和系统在设定呼叫时订立的业务参数，并且根据该结果，决定信元废除并标注。OAM(操作管理与维护)74管理并维护设定呼叫的链路状态和性能。ATM交换机72根据处理器确定的输入信元中的路由信息进行路由选择。SAR(分段与重组)81完成在ATM协议级的分段与重组功能。ATM信令处理器83执行ATM级连接消息的建立、维护、和退出。在此，信令信息是独立于用户信息通过专用信道，即信令虚拟信道(SVC)来传送的。PVC86以预留或永久模式建立点对点连接和单向的一点对多点虚拟路径(VP)连接或虚拟信道连接。V5.2 82执行电话业务协议处理，如系统启动、PSTN协议、控制协议、BCC(载荷信道连接)、链接控制协议及保护协议。MAC控制器87在用户端和网络接口负责网络建立、维护、退出。管理级90执行系统维护功能。
图5所示的网络接口150基本上执行呼叫处理、信号处理、呼叫控制、OAM及资源控制功能。它通过E1连接模块51、DS-3连接模块52、STM-1连接模块53、STM-4连接模块54、以太网连接模块55及第一以太网连接模块56从DACS140、交换机120、电话交换机130接收信号，通过在接收的相应比特流中寻找帧同步来提取计费信息，通过生成发送帧映射相应的计费信息。ATM交换机72交换信元，UPC(使用参数控制)73检验是否违反协议参数，以保护网络资源免受易于影响已建立连接的QoS(业务质量)的偶然故障或有意行为。OAM74监控网络的故障及性能，并且，如果检测到故障，将ATM信元迂回到其它路径或将当前的设备改变为辅助设备。Per-VC排队缓冲器71和PVC86提供线路租用业务，V5.2 82用于电话业务。
SAR81负责ATM信元的分段与重组，并且ATM信令处理器以PVC或SVC模式提供诸如CBR、VBR、UBR、ABR之类的ATM业务。这时，或是网络接口150不使用前端200单独处理信号，或是前端200处理信号。在网络接口150处理信号的情况下，MAC处理器内置于网络接口150中，因此MAC处理器根据Q2931或UNI中处理的信令指令直接控制用户的调制解调器。这样，在该方案中，因为网络接口150具有向用户分配信令、用户和LMDS前端之间设定的无线信道范围，和数据库的功能，使得系统容易实现。
参见图6，相应的前端200(图4中所示)由以下部件组成，包括：MAC处理器210，用于多路复用及多路分解ATM数据来完成STM-1级与中心局100的ATM通信，分析从中心局100接收的数据，路由选择分析数据；多个上行和下行调节器220a-220c，用于调制来自MAC处理器210的信号并上行转换调制的信道频率，解调用户住所设备400提供的信道频率并下行转换解调信号；组合器/分配器230，用于组合上行和下行调节器220a-220c的输出并分配来自用户住所设备400的信号；光转换器24，用于将组合器/分配器230的电输出信号转换成为光信号，或将来自用户住所设备400的光信号转换成为电信号；前端管理服务器250，通过与MAC处理器210不停顿的通信来管理及监控相应基站300a-300c的状态。
在此，前端200将每个终端分离，并在LI(本地标识符)与用于将分离相应终端中的每个应用的VPI/VCI(虚路径识别符/虚信道识别符)之间设置固定关系。与相应LI对应的VPI/VCI连接具有预先定义的并且不变的属性。这样，前端200的MAC处理器210起到将信息加载到由网络接口150分配的时隙中，并发送到用户的调制解调器的作用。
如图7所示，基站由下列部件组成：光转换器310，用于将前端200或用户住所设备400的输出分别地转换成为光信号或电信号；分配器320，用于分配光转换器310的输出；组合器330，用于组合来自用户住所设备400的信号并向光转换器310提供组合的信号；多个微波转换器(MWC)340，用于将分配器320的输出信号频率转换成为微波频带信号并将其放大，或将来自用户住所设备400的微波频率转换成为IF信号，并将其发送给组合器330；多个扇区天线350，用于以四个辐射波束角度辐射来自MWC的微波信号；网络管理系统(NMS)局从属单元(NASU)370，用于通过组合器330将基站的状态传送到前端200；室外供电单元(OPSU)360，用于通过电源向以上部件供电并向NASU 370报告自己的状态。下面将根据本发明的实施例描述宽带无线多媒体通信系统。
中心局100多路复用程序提供者利用网络接口提供的程序及业务内容，即分组数据，并将多路复用信号发送给前端。中心局100包括一个管理整个网络的网络管理系统180和管理用户数据的用户管理系统170。
图4中所示的网络接口150用于路由、多路复用、多路分解从交换机120、电话交换机130和DACS140传送的数据流。交换机120分析用于宽带无线多媒体通信系统的基于ATM信元的数据，并交换这些分析数据。因特网网关110向用户住所设备400提供ATM-LAN业务。ISP代表因特网业务提供者，是提供因特网业务的网络。电话交换机130用于连接到公众交换电话网(PSTN)的电话间的交换。数字接入或交叉连接系统(DACS)140多路复用或多路分解多条专线，并向网络接口提供多路复用或多路分解数据。用户管理系统(SMS)170管理有关用户住所设备400的操作状态和信息。网络管理系统(NMS)180管理通过网络接口150连接的前端200与基站300之间的操作状态，还管理它与用户住所设备400之间无线信道的状态。网络管理控制190管理整个NMS180。
参见图6，前端200的MAC处理器210多路复用或多路分解ATM数据以便通过网络接口(ATM交换机或专用小交换机)来进行STM-1级ATM通信，分析从因特网接口150接收的数据并路由选择分析的数据，从而格式化数据，如CBR(恒定比特率)、VBR(可变比特率)、控制数据，以使用户可以读出数据并处理信令。
前端200将下行数据格式化为DAVIC推荐的188字节的格式，并将格式化的数据发送到QPSK调制器221a。MAC处理器210从用户接收通过上行信道传送的数据并向网络接口150通过该数据，其中由MAC处理器210自身处理MAC数据。前端管理服务器(HMS)250不停地与MAC处理器210通信来管理前端200的状态，并且利用NMS局主控单元260来检验基站300的状态。QPSK调制器221a利用Reed-Solomon算法对从MAC处理器210接收的188字节的数据编码，通过增加16字节冗余数据生成204字节的数据。QPSK通过执行卷积交错(I＝12，M＝17)和卷积编码(R＝1/2，K＝7)来调制数据，此后，向下行的上行转换器222a发送70MHz载波。下行的上行转换器222a将从由QPSK调制器221a和下行的上行转换器222a构成的调制解调器传送的调制信号转换成为IF频带(950-2050MHz)信道频率，并且向组合器/分配器230提供调制数据。组合器/分配器230组合从相应QPSK调制器221a-221c传送的3端口的IF信道频率，并向光转换器240提供组合信号。光转换器240将来自组合器/分配器230的信号转换成为光信号，并将光信号传送到远距离基站。在基站把从用户住所设备400通过上行信道传送的数据下行转换为400-700MHz，并传给前端200。前端200的光转换器240将接收的光信号转换成为电信号，组合器/分配器230将该信号分解为3端口信号，上行的下行转换器224a将信号下行转换为70MHz，并将该信号发送给DQPSK解调器223a。DQPSK解调器223a利用作为FEC(前向纠错)方法之一的Reed-Solomon解码算法(63，53，t＝5)将63字节的数据转换成为53字节的ATM信元并将ATM信元提供给MAC处理器210。MAC处理器210分析ATM信元。根据信元分析，MAC处理器210直接下行发送对MAC数据的响应，并把要发送到网络的数据在多路复用为155Mbps后通过网络接口150发送到ATM信元的目的地。
参见图7，基站300的MWC340将来自光转换器310和分配器320的信号转换为微波信号。微波信号由固态功率放大器(未示出)放大并发送给扇区天线350。相反地，MWCs340将从用户住所设备接收的微波信号转换成为IF信号(400-700MHZ)，并将IF信号发送给组合器330。NASU(网络管理系统局从属单元)370通过组合器330将基站300的状态发送给前端200的NMS局主控单元260。室外供电单元(OPSU)360向各部分提供稳定的电源并向NASU370报告自己的状态。将扇区天线安置成能向四个不同方向辐射微波信号。
下面，将描述根据本发明另一个实施例中宽带无线多媒体通信系统中的蜂窝计划过程。
一个宽带无线多媒体通信系统必须利用有限的频率资源覆盖尽可能广的区域。首先，为使宽带无线多媒体通信系统的基站的蜂窝规划合理，利用频率重用参数K＝1的方法计算的频率。K＝1的方法适用于蜂窝规划的原因是因为这是一种合理的频率排列结构，由于当把基站划分为两个扇区时，基站使用26GHZ的高频频带，并且在这种情况下，信号传播特性形成视距，因此基站和用户二者在同一信道中不相互影响，。因此，图8和9显示了考虑K＝1波偏移特性的频率安排(蜂窝规划)的实例。
图8示出采用K＝1频率重用模式和将基站分为每个蜂窝两个频率的方法。为在相应基站扩充更多的信道，只能扩充扇区的信道。这时，必须扩充信道以具有波偏移特性，保证用户住所设备与基站之间的视觉距离或通信质量。图8中，F1和F2代表频率，V和H代表垂直或水平波偏移特性。在采用这种方法的情况下，当相应基站扩充信道时，相应基站必须分成两个扇区并得到波偏移特征。
在图8中，当基站传送信号时，V和H表示波偏移特征。当用户端天线辐射波时，配置基站天线和用户二者的天线以具有相反的波偏移特性。另外，必须配置位于上述天线对角方向的其它基站天线以具有的相同的波偏移特性。
图9所示为采用K＝1的频率重用模式，并且在扇区与扇区间使用不同频率组的情况。为在相应基站扩充更多的信道，只能扩充扇区的信道。这时，必须扩充信道以便有波偏移特性，保证用户住所设备与基站之间的视距或通信质量。
在图9中，当基站传送信号时，V和H表示波偏移特征。当用户端天线辐射波时，配置基站和用户二者的天线以具有相反的波偏移特性。另外，必须配置位于上述天线对角方向的其它基站天线以具有相同的波偏移特性。
从上面的说明，与电缆多媒体通信系统相比，根据本发明的局域多点分布系统降低了安装及维护费用，并且不需要电缆维护。用户住所设备可以管理用户信息，中心局单元可以管理基站及用户网络。另外，只要少量投资，就可使无线CATV业务成为可能，而且VOD(视频点播)、NOD(新闻点播)、GOD(游戏点播)、PPV(看即付费)、WLL(无线本地环路)以及其它双向多媒体业务也成为可能。此外，在构筑蜂窝集线器室外站时，可以重用频率。当本发明用于半径3km的区域内的无线CATV系统时，本发明比电缆CATV系统发挥出更好的广播质量。

Claims (19)

1.一种用于宽带无线多媒体通信系统的局域多点分布业务(LMDS)系统，其特征在于该LMDS系统包括：
数据/信号处理器，用来多路复用和调制从网络接收的分组数据，解调和多路分解接收的光信号；以及
至少一个基站，将多路复用和调制的分组数据下行转换为射频(RF)信号，并将接收的RF信号转换成为光信号，以便发送给数据/信号处理器。
2.根据权利要求1所述的LMDS系统，其特征在于所述数据/信号处理器包括：
交换机，用来分析从网络接收的分组数据并交换分析数据；
网络接口，用来路由选择和多路复用来自交换机的数据流，并多路分解接收的数据流；以及
至少一个前端，用于调制多个来自网络接口的业务信号并向基站提供调制信号，解调从基站接收的光信号并将解调信号传送给网络接口。
3.根据权利要求1所述的LMDS系统，其特征在于所述基站包括多个将从中心局接收的光信号转换成为电信号的微波转换器；以及
多个用于从微波转换器辐射微波信号的天线。
4.根据权利要求2所述的LMDS系统，其特征在于前端可以在信道扩充时另外扩充。
5.根据权利要求3所述的LMDS系统，其特征在于微波转换器可以在信道扩充时另外扩充。
6.根据权利要求1所述的LMDS系统，其特征在于数据/信号处理器与基站通过模拟光载波彼此相连。
7.一种用于宽带无线多媒体通信系统的局域多点分布业务(LMDS)系统，其特征在于，将频率重用参数(K)设置为“1”来设计基站的蜂窝，其中相邻蜂窝可使用当前蜂窝中的频率。
8.根据权利要求7所述的LMDS系统，其特征在于基站被划分为每个蜂窝两个频率。
9.根据权利要求8所述的LMDS系统，其特征在于当信道扩充时将基站划分为两个扇区。
10.根据权利要求8所述的LMDS系统，其特征在于设置两个彼此面对，以基站为中心的天线，以具有相同波偏移特性。
11.根据权利要求8所述的LMDS系统，其特征在于分别安装在基站及用户住所设备的天线分别具有相反的波偏移特性。
12.根据权利要求10所述的LMDS系统，其特征在于与各个天线相邻的另一个基站的天线设置成具有相反波偏移特性。
13.根据权利要求12所述的LMDS系统，其特征在于设置位于该天线对角线的另一个基站的天线，以具有相同波偏移特性。
14.根据权利要求7所述的LMDS系统，其特征在于基站的每个扇区使用不同的频率组。
15.根据权利要求14所述的LMDS系统，其特征在于当信道扩充时可扩充需要的扇区。
16.根据权利要求14所述的LMDS系统，其特征在于设置两个彼此面对，以基站为中心的天线，以具有相同波偏移特性。
17.根据权利要求16所述的LMDS系统，其特征在于分别安装在基站及用户住所设备的天线分别具有相反的波偏移特性。
18.根据权利要求16所述的LMDS系统，其特征在于与各个天线相邻的另一个基站的天线设置成具有相反波偏移特性。
19.根据权利要求18所述的LMDS系统，其特征在于设置位于该天线对角线的另一个基站的天线，以具有相同波偏移特性。
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