對LMDS網絡系統可用性的分析

隨著LMDS技術的成熟和商用化進程的加快,LMDS網絡作爲電信級系統的一些問題就凸現出來。可用性是其中的要害因素。深入分析LMDS系統的可用性,對運營商而言具有非同平常的意義。

LMDS(26GHz)系統自1998年開始進入中國市場,曆經兩年多的技術試驗階段後,終于完成了行業標准和頻率規劃的制訂,並于2002年開始進入商用試驗階段。目前,信息産業部電信治理局已批准中國移動、中國聯通、中國電信和中國網通四個運營商開展26GHzLMDS接入網業務的運營許可,26GHzLMDS系統的商業應用即將拉開序幕。

26GHz頻段頻譜資源豐富,按FDD雙工方式規劃的LMDS工作頻率範圍爲24450MHz~27000MHz,其中,可用帶寬爲:1008MHz×2,可采用的波道配置有4種方案,其基本信道間隔爲3.5MHz、7MHz、14MHz和28MHz。工作在26GHz的LMDS系統相對低頻段無線接入系統而言,自然其接入帶寬大是其重要的特點,系統的主流技術均是以支持綜合業務接入爲設計目標的。當前,LMDS系統空中接口協議沒有也難以形成統一的標准,設計者從不同的視角和性能價格比的權衡中設計了各具差異性的LMDS産品,在一定程度上給運營商的技術選擇帶來些困惑。實際上選擇本身就是一種權衡的過程,任何事物都有一定的兩面性,從單一視角看問題往往是片面的,本文針對LMDS系統的幾個熱點問題開展分析以供參考。

影響LMDS系統可用性的因素包括設備的可靠性(取決于設備的質量和所提供的冗余度)、爲LMDS系統供電的外部電源系統的可靠性、反常傳播(淨空衰落和降水)、維護組織的有效性、由人爲幹擾引起的意外中斷及其他幹擾。在評估系統可用性時,設備可靠性和反常傳播是主要的關注因素。

設備對系統不可用性的影響

設備的可靠性通常用“平均故障間隔時間”MTBF來表征,在評估設備對系統不可用性影響時,還須考慮維護組織的有效性及設備的可維護性水平,他們決定了當系統出現故障時所需的平均修複時間(用MTTR表征)的長短,以大唐無線通信公司的R3000LMDS系統爲例,說明由于設備特性所引入的不可用性指標如下:MTBF=20萬小時;MTTR=2小時(因LMDS系統應用于城市環境,交通方便,基站各部件可熱插拔,CPE按模塊化設計,網管系統完善)則設備的不可用性=〖100-(MTBF×100/MTBF+MTTR)〗×100%=0.1%。

在R3000LMDS系統中,基站是有冗余設計的(主控板、ATM複用板、電源系統、調制單元、上下變頻單元及ODU均可按1+1或N+1冗余配置)。但在所有點對多點的LMDS系統産品中,這些冗余設計均是有損傷切換的,對可用性的改善度主要體現在MTTR中,冗余對外部饋電系統故障及雨衰中斷不起任何作用。

反常傳播對可用性的影響

反常傳播主要包括阻擋衰落、多徑衰落、降雨衰減等。

―――阻擋衰落:阻擋衰落是指由于電波傳播路徑不滿足余隙標准而帶來的附加衰減,在LMDS系統應用環境下,造成余隙不夠的主要因素是建築物阻擋,例如:在26GHz頻段,2km路徑按0.6F1(F1:第一菲涅爾區半徑)設計,在路徑中點的余隙應大于或等于2.4米,這個余隙標准不僅針對從建築物頂部電波穿越時要得到保證,而且包括從建築物邊緣(樓間)穿越時也應有足夠的余隙。當余隙小于0.6F1時將出現阻擋衰減,衰減的大小取決于余隙的尺寸和阻擋物的物理外形,阻擋衰減勢必使衰落儲備降低。雖然在LMDS系統應用中由于空中傳輸距離較小,平衰落引起的中斷問題可以不予考慮,但衰落儲備的降低必定使降雨帶來的不可用性指標惡化,在LMDS系統傳輸設計和工程實施中應引起足夠重視。

―――多徑衰落。由于工作在26GHz的LMDS系統大多是在城市環境中應用,傳輸距離短,建築物對26GHz頻率的信號反射衰減較大(約20dB以上),因此,多徑引起的衰落現象對不可用性指標帶來的影響很小,可以不予考慮。

―――降雨衰減:由于LMDS系統工作在26GHz頻段,其波長與雨滴尺寸相近,因此,由于降雨對電波引起的吸引和散射將使信號經受衰減,這種衰減呈現非選擇性能和緩慢的時變特性,是導致信號劣化,影響系統可用性的主要因素。國際電信聯盟對降雨的影響已進行了深入研究,在ITU-RP.837建議中,將地球分爲15個降雨氣候區,分別以大寫字母A到Q來表示,每一降雨區是以與它相關的降雨強度統計來表征,並給出了對應不同降雨強度所發生的時間概率。遵照ITU-RP.838建議,可以針對工作頻率、極化和降雨率計算比衰減(dB/km)和有效路徑長度(這是考慮到在整個傳輸段長度上降雨強度不是均勻分布的緣故),進而可以針對衰落儲備值Ft計算出在一定傳輸距離下,降雨衰減超出Ft的時間百分數P,或反之,根據雨衰特性及Ft求出在保證P值一定的情況下可用的通信距離是多少。必要時,還可以根據在ITU-RP.841建議,從長期百分數P變換到最壞月份百分數Pu。在考慮LMDS因雨衰引起的不可用性指標時,時間百分數P即爲不可用性指標。

關于LMDS系統不可用性分析

由上述分析可以看出,LMDS系統的不可用性主要是降雨引起的,在26GHz頻段不能簡單地因雨衰的影響就作出使用LMDS系統將面臨極大運營風險的結論,下面幾點分析可供參考。

―――根據ITU-R提供的雨區分布圖,我國雨衰較大的地區主要集中在廣東、廣西、福建、浙江等沿海地區,其他大部分地區因降雨引起的不可用性是可以承受的。假如保證可用性指標達到99.99%,在北方及中西部地區通信距離可達到2km~5km,在南方多雨地區可達到0.5km~2km,假如可用性指標降低到99.9%,達到中等質量的應用水平,LMDS系統覆蓋範圍還可進一步得到改善。

――保證足夠的衰落儲備是提高可用性的重要條件之一。決定衰落儲備大小的主要因素有最大發信功率、收發天線增益、接收機的門限電平(BER=10-3

)及空間傳輸損耗等,前三項因素是由所選擇設備的固有特性決定的,但在發信功率、接收門限一定條件下盡量選擇高增益天線是有益的。空間傳輸損耗除自由空間傳輸損耗外,應盡量通過設計和施工確保不再增加阻擋衰減的成分,在同一地區,選擇不同廠家的設備,以及不同的工程服務支持能力,在相同的距離上將會有不同的可用性指標出現,這是值得使用LMDS系統的運營商注重的一個問題。

―――ATPC(自動發信功率控制)。ATPC技術本身主要是爲了解決系統間幹擾及雨衰兩個互相矛盾的問題而設計的。LMDS系統是點對多點通信系統,在一個扇區內,不同的用戶終端與基站距離不同,在同一基站範圍內最好的設計是所有扇區及一個扇區內的所有遠端站達到基站接收機的收信電平相近,這樣可減少扇區之間或同一扇區由不同遠端站引入的相互幹擾,因此需要系統具備ATPC功能,而在考慮同城域不同基站之間的幹擾時,希望各基站在保證必要的誤碼特性條件下(BER=10-9),盡量降低發信功率,那麽,這勢必使每段電路的衰落儲備降低,在出現一般降雨時,不可用性指標就已開始劣化。因此,兼顧雨衰而引起的不可用性,在系統設計時采用了AT?PC技術,隨著雨衰的增加和誤碼性能的惡化,系統自動調整發信功率,直到最大發信功率爲止,從而解決了前面所提到的問題。由于雨衰而導致的不可用性是由最大發信功率決定的,因此ATPC並不會對系統可用性指標帶來改善。

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