微波无线电在选择的频段占一定的带宽传输。频带和带宽都是技术设计参数,但当地频谱规划管理会影响频率的使用和许可费用。
图5.8显示了不同调制方式可以达到的数据传输速率。数据传输速率越高,信号带宽越大,每个符号传输的比特越多(例如,调制阶数越高)。越高阶的调制需要越强的信号,也就越容易受干扰影响。BPSK是很鲁棒的调制方式,仅传2bit。1024QAM是很高阶的调整方法,目前仅在微波中应用。图5.8中显示了其他调制方式达到1024QAM相同的信号质量可以降低的dB数。可见,64QAM要求的信号强度大约比QPSK高12dB。
图5.8 不同的无线信道带宽下无线数据传输速率与调制方式的对应关系
全球7~28MHz的带宽在主要频段普遍容易得到。56MHz带宽的信道数量非常有限,并且可能已经分配给主要运营商使用了。250MHz带宽的信道可以在最新的40~90GHz的高容量频带中获得,但目前还没有这个频段的应用产品。
图5.8中也显示了自适应调制(AM)的作用,AM是现代微波通信的常用技术。当无线链路不好时,例如,由于雨,AM算法调整调制方式降低容量以保持通信链路。这在移动网络中是有益的,因为连接断开也使得基站控制断开。当链路质量恢复时,BTS重新同步会占用一段时间,但如果至少可以调度最小容量,控制就可以维持。这对TDM回传比较棘手,但对基于分组的回传(以太网/IP),通过合适的QoS流程就可以处理这种变化的信道。更低级的服务类型(尽力而为)会被最先丢掉。
传统的多数点对点无线链路使用FDD双工模式,很多国家的频率规划也是基于FDD。每一个无线覆盖段占用一对频段,在上下行两个方向上带宽相等。TDD模式也被开发运用,主要用于点对面连接。现有的信道增加信道容量的一项技术是使用双极化。这需要一项专项的电磁波技术:交叉极化干扰抵消(XPIC)技术。双极化可用于极化分集以及多输入多输出(Multi Input Multi Output,MIMO)。
表5.4显示了无线服务的频谱分配。这是ITU Region1的一般分配表格,没有详细指定每个国家的频谱分配使用。频谱分配规划的实施应该遵守国际指导原则,但由各自国家官方管理。频谱牌照分配原则各有不同。表5.4也给出了CEPT区域的频带使用信息以及典型的微波无线覆盖距离。(www.daowen.com)
表5.4 无线服务的频谱分配
低频段6~13GHz一般分配用于农村长距离覆盖地区。无线覆盖距离为几十千米。一些国家甚至规定了10GHz以下的最小覆盖规定以保证频谱使用效率。较早分配的6GHz以下的长距离回传频带相对现代移动通信带宽太窄,其中很多已经对移动业务做了重新规划。
23~38GHz频谱常用在城市无线布网。无线覆盖距离为5~15km。天线更小,很适合城市BTS安装。宽频带(28MHz/56MHz)数量很有限,很多城市这些频带开始分配紧张。
在很多国家新的在32~42GHz频段的频带开始开放以缓解高容量回传网(LTE)的需求。50~90GHz的毫米波也正在走向应用。例如57~66GHz和71~94GHz的频段正在考虑用于将来小站(small cell)的无线回传。这些频段在很多国家已经或者准备做频率规划。商用半导体技术已经可用,并且降低该技术成本的研究计划正在进行中。根据ITU-R的频谱规划,直到400GHz的频段考虑用于无线技术。40~275GHz总共有131GHz固定业务频带分配。可获得多个5~10GHz连续频带(成对/不成对),这些频带可以支持超过10Gbit/s的传输速率。
移动回传网对10GHz以下的频带也很感兴趣。这可以以WLAN和移动BTS的低成本的硬件提供非视距或者近似视距的通信回传环境。缺点是有限的频谱和不断增长的应用。例如,5.8GHz的RLAN使用的250MHz的带宽。甚至BTS/eNodeB本身及其占用的频带可以用于回传。这项技术称为中继或者带内或者带外回传。这使得无线网络可以中继扩展,并在只采用一种通信技术时,使得网络规划更容易。缺点是回传耗尽了宝贵的移动频谱。
评估无线链路总成本时,一项关键因素是频谱牌照费用。一般是每年缴费,传统的点对点无线通信是按每一跳缴费。不同国家牌照费用相差很大,从很低的费用到使微波无线用户承受较高费用的市场拍卖价格。牌照价格一般与国家规划的每个无线发射器的频谱干扰协调有关。从费用角度考虑非授权的频带是不错的选择。但另一方面,没有协调也使得回传网络能否正常工作的风险增高。一些国家在一些频段上引入了轻便许可系统,用户可以以先到先服务的方式预约网络应用许可。
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