数字微波系统的链路指标计算

对于LMDS系统而言，调制方式对系统性能有着很大的影响，因此，选择适当的调制技术十分关键。

以下我们将以大唐LMDS产品为例探讨采用QPSK 和16QAM自适应调制技术的合理性。

此外，系统载波带宽的选择也对系统的性能有着重要的影响，因为，不同的载波带宽会有传输性能上的差异及制造成本上的不同，如何根据业务的需要从多个方面进行权衡选择是值得探讨的问题。

调制方式的选择
多数LMDS系统产品采用QPSK（或4QAM）和16QAM自适应调制方式，部分产品仅使用QPSK（或4QAM）一种调整方式。

大唐无线通信公司的R3000LMDS系统采用了QPSK和16QAM自适应调制技术及RS前向纠错，接收机门限在BER＝10－9时分别是－77dBm/16QAM和－83.3dBm/QPSK，两种调制方式在系统参数相同的情况下，衰落储备差6.3dB。

有人认为从抗雨衰能力的角度出发，16QAM技术并不可取，这种看法是片面的。

因为，对一个特定的降雨区要求可用性指标达到99.99％时，最大通信距离必然是按QPSK调制方式下估算的，如果同样在这个距离上使用16QAM调制方式时，可用性指标将劣化到95％，这就意味着LMDS系统可以在95％的时间内工作在16QAM方式下，也就是在95％的时间内在14MHz带宽上可传输36Mbps速率信号，仅在5％的时间段因降雨调整到QPSK方式下工作，此时，在14MHz带宽上仅可传输16Mbps 速率信号，相比之下，单纯采用QPSK（或4QAM）调制方式的系统，在同样距离上99.99％的时间，在14MHz带宽上，都只能传输16Mbps速率信号，两者的优劣自然是十分清楚的。

当然上面在16QAM方式下的可用性数据仅是一个设计期望值，实际情况会因不同气候区而异，大唐无线通信公司的R3000LMDS系统16QAM与QPSK自适应转换的判决区间是SNR＝（16～25）dB。

在考虑到16QAM与QPSK两种调制方式下，传输速率相差一倍的因素时，凡具有这种性能的LMDS系统对用户业务的QoS保证应有相应的策略。

有的LMDS系统设计时，规定了一个载波允许IP业务应用的带宽上限，其他带宽用于最高优先级的专线业务，有的LMDS系统设有安排IP业务的带宽上限，在这种情况下，网络规划时需要小心。

即当以专线业务为主的应用时，其可用带宽应以QPSK方式下的传输速率为依据，或当既有专线业务，又有IP业务时，可以在一个载波上，按QPSK条件下安排一定的专线业务带宽，在16QAM条件下，按QoS等级为不同用户的IP业务分配带宽，如果专线业务带宽不足，或承诺带宽业务较多时，可通过增加扇区载波数量的方法予以解决。

当然，在不同降雨区，业务带宽分配策略可以灵活运用。

在合理的安排策略下，在降雨期间，随降雨强度的逐渐增加，IP业务将会根据业务优先级的设置自动调整其吞吐量，而专线业务带宽仍会得到保证，但误码性能会逐渐变差，直到因降雨强度过大，因SNR恶化到QPSK门限以下，则所有业务将会中断。

载波带宽的选择
根据YD/T1186－2002《接入网技术要求－26GHz LMDS本地多点分配系统》的规定，LMDS系统的载波带宽可以选择 3.5MHz、7MHz、14MHz和28MHz，选择哪种载波带宽主要是根据业务需要而定，不同的载波带宽除了可支持业务的能力不同外，还会影响到传输性能上的差异及制造成本上的不同，运营商可以根据实际需要从多个方面进行权衡。

以14MHz和28MHz两种载波带宽进行比较时，如果两个产品均在QPSK调制方式下，14MHz可支持16Mbps传输净速率，而28MHz可支持32Mbps传输净速率；若均在16QAM方式下，则
14MHz可支持36Mbps传输净速率，28MHz可支持52Mbps传输速率。

当单个远端站接口需要的业务速率高于40Mbps时，当然采用28MHz/16QAM方式的产品是合适的。

但值得注意的是，如果载波带宽采用28MHz，且只能工作在QPSK 方式下，那么14MHz/16QAM与28MHz/QPSK两者在业务速率上是相同的。

若在14MHz/16QAM和28MHz/QPSK两种方式上权衡，可以考虑的因素大致如下。

1.与可用性相关的接收机门限。

在数字调制解调技术中，门限比特差错率BER＝10－3
条件下，归一化信噪比（Eb/No）16QAM要比QPSK差约7dB，那么，在接收机噪声系数和噪声带宽相同情况下，16QAM调制方式比QPSK调制方式的接收机门限电平要恶化约7dB。

如果用16QAM＠14MHz与QPSK＠28MHz两者比较，在相同的接收机噪声系数下，后者的噪声带宽增加了一倍，因此两者的接收机门限仅差约4dB。

这也就是说，当考虑采用QPSK以适应雨衰引起的不可用性问题，再将占用带宽提高一倍以提高传输速率的权衡设计中，实际上付出了接收机门限比QPSK＠14MHz方式恶化了3dB的代价，与16QAM＠14MHz方式相比对抗雨衰性能上的改善并不十分明显。

这种情况下，只有在采用QPSK＠28MHz方式的同时，发信功率相应比16QAM＠14MHz系统再提高3dB才是有意义的。

2.16QAM＠28MHz方式的选择。

如果选用28MHz载波带宽，采用QPSK/16QAM自适应调制方式开展设计，那么，QPSK＠28MHz方式前面已经作过详细说明。

而16QAM＠28MHz方式，显然又比16QAM＠14MHz方式接收机门限恶化了3dB，如果LMDS系统在16QAM/14MHz方式下接收机门限为－77dBm的话，那么16QAM/28MHz方式下接收机门限仅为－74dBm，与QPSK＠14MHz相比接收机门限有近10dB的差距，这对在沿海地区LMDS系统应用的抗雨衰特性带来严重威胁。

16QAM＠28MHz在内陆地区雨衰不十分严重的环境下是可以考虑采用的。

因为在这种方式下，单载波可支持52Mbps接入速率，对于大客户要求一个端口接入速率大于40MHz的应用是有利的。

但在目前运营商的业务需求中，这种单端口要求如此高带宽的情况并不多见。

3.单载波28MHz带宽与频谱规划的关系。

在LMDS系统商用试验期间，运营商可获得的频率资源约为2×56MHz。

随着业务扩展，频率资源不足时获得2×112MHz资源的条件是有可能达到的。

在2×56MHz可用带宽条件下，基站扇区之间及小区之间的频谱规划可以有两种方式。

载波带宽14MHz的频谱规划：将56MHz带宽分为4个载频F1，F2，F3，F4，将4个载频分为两个载频组，即F1F3或F2F4，相邻扇区采用不同载频组。

在一个基站内载频组可以复用。

载波带宽28MHz的频谱规划：56MHz带宽只能支持两个载频工作，相邻扇区采用不同载频，在一个基站内载频可以复用。

在频谱规划方面，到底采用14MHz载波好些，还是采用28MHz载波好些，一个直观的评估是，28MHz载波带宽其接收机滤波器的噪声带宽必然比14MHz载波带宽的接收机滤波器的噪声带宽要大一倍，无论在抗同频干扰，还是抗邻频干扰的能力上必然也要差。

根据国外一些知名公司的研究报告分析，在LMDS系统的频谱规划中，为了解决同城域不同运营商之间的邻频干扰问题，建
议两个运营商在相邻载频上，各自留出14MHz的保护带以支持28MHz载频带宽的业务应用，这就充分说明了应用28MHz载频带宽对频谱规划所带来的影响。

当然，在保证门限电平恶化1dB的条件下，同频信干比与邻频信干比的指标是与制造商的发射频谱及接收滤波器指标密切相关的，针对每个制造商的LMDS产品实际测试指标去进行频谱规划设计才是可靠的。

关于微波通信的链路预算
对于一个微波传输链路，怎样计算（估算）它的链路储备余量？或怎样选取天线大小才能保证一定的链路储备余量？下面就以一个例子介绍微波传输链路的预算。

1. 自由空间传输损耗
电磁波在自由空间（无阻挡、无障碍）中的传输损耗为：
Ls（dB）=92.4+20lgF+20lgD
其中：
F：发射频率，单位为GHz
D：传输距离，单位为公里（km）
例如：5.8GHz频率的信号传输20公里的损耗为：
Ls=92.4+15.3+26=133.7dB
2. 系统增益
设备的系统增益为：
Gs=Pt-Pro
其中：
Pt为设备射频输出功率
Pro为系统接收灵敏度
例如，对于S-LINK(1E1)扩频微波设备，Pt=23dBm，Pro=-89dBm
那么，该设备的系统增益为：
Gs=112dB
3. 链路总增益
Gl=Gs+Gt+Gr
其中：
Gt为发射端的天线增益（dB）
Gr为接收端的天线增益（dB），一般来说，发射天线和接收天线采用相同的天线口径，即Gt=Gr
例如，收发两端都用0.6米口径的天线，其增益为Gt=Gr=28.5dB，那么链路增益为，
Gl=112+28.5+28.5=169dB
4. 链路总损耗
Lt=Ls + Lft + Lfr
其中：
Lft为发射端ODU和天线之间的电缆损耗
Lfr为接收端ODU和天线之间的电缆损耗
例如，对于S-LINK (1E1)设备，ODU与天线之间的馈线长度为1.5-2.0米，在5.8GHz频率，其损耗为0.5dB。

那么，链路总损耗为：
Lt=133.7+0.5+0.5=134.7dB
5. 链路储备余量
微波链路的储备余量为：
Margin=Gl – Lt
例如，对于上述微波链路，其链路储备余量为：
Margin=169-134.7=34.3dB
反之，如果确定了链路的储备余量，可以反推出所需要的天线口径。

在所用设备、通信距离和工作频率确定以后，天线口径和链路的储备余量之间是可以推算出来的，即天线增益的提高量（收发天线合计）就转化为链路储备余量的增加量。

图1给出了微波链路增益损耗计算模型，图中各个环节的增益（损耗）定义见上文。

根据该模型，无线通信工程师可以很容易计算出某具体微波链路的功率预算。

6. 链路预算中常用参数一览表
(1) S-LINK 系列扩频微波传输设备系统增益一览表（Pt=23dBm）
（2）常用天线增益一览表
5．8GHz频段天线主要技术指标
7/8GHz频段天线主要技术指标
13GHz频段天线主要技术指标
15GHz频段天线主要技术指标
18GHz频段天线主要技术指标
（3）各频段信号的自由空间损耗Ls(dB)速查表。