小站非视距微波回传

在纷繁的都市环境中，更高密度的无线接入网络演进为微波回传带来新的挑战。节点间直接可视距传输并非一直可行--这就提出了接近或完全非视距微波回传的需求。

在建设无线接入网络时，使用非视距（NLOS）传播已被证明是可行的探讨。但是，在不能直接可视的地方部署高性能的微波回传网络对网络建设仍然是新挑战。通信行业传统的观念是6Ghz以下的微波可以确保NLOS环境下的性能。本文将利用20GHz以上频段尽管在并非直接可视的位置上，证明其实际更优于6Ghz的性能，本文验证了这类观念，提供了一般原理，关键系统参数和简单的工程指导。

点对点微波是灵活快速部署回传网到几乎任和站点的经济有效的技术。它是移动网络中主要的回传方式，同时也在移动宽带演进过程中依旧保持同样重要的地位。微波技术发展迅猛，现已能够支持多个吉比特的回传容量[1].

无线接入网中通过把小站加入到RAN中而实现宏站层面优化部署会使回传网面临新挑战。典型的全户外小站是安装在街道装饰物或建筑物表面上，距街道高3-6米，站间距离在50-300米之间。由于小站数量众多，所以它们需要更经济，可升级并易于安装的回传方案。方案需支持在整个无线接入网中更加统一的用户经验[2].传统的回传技术如经济有效的视距微波，光纤和铜线正满足这一方案新要求。尽管如此，由于小站位置低于建筑物顶高度，仍将会有大量小站不具备通过有线连接或与宏站，远端光传输点视距连接的条件。

由于位置的限制，不具备清晰可视的传输条件并非微波工程师的新问题。工程师们现有的方法可以克服非视距传输的影响。在山区地势下，会使用无源反射和中继站方案，但方案对于成本敏感小站由于增加更多站点而成为非理想方案。在都市，每日都在变化的建筑使接入理想站点很困难，而理想站点恰是小站回传的最有效方案。尽管如此，将会有一定数量的站点难以接入，因此需要非视距的微波回传方案，如图1所示。

在复杂的位置梅花链是通常被使用的接入站点方式-也是小站回传的有效方案（见图1）。

网络规划师目标是规划回传网络支持蜂窝峰值容量--目前可达到100Mbs或更高。然而，在事实上，在成本，容量和覆盖之间存在一个权衡，这一权衡使回传容量至少即支持忙时预期话务量又满足未来发展统计冗余的需要，当可用性指标放宽至99-99.9%时，实际大约是50Mbps.这一可靠性指标在短距链路时仅需几个dB的冗余。

小站回传简单化和频率许可证成本是建网的重要因素。使用轻牌照或模块化分配牌照相比于逐条链路发放牌照方式更具有吸引力，因为这给予运营商布网的灵活性。使用无需牌照的频带可能是很诱人，但却存在不可预知干扰且降低网络指标。使用无需牌照的57- 64 GHz频带预计比5.8 G h z频段存在更低的风险，因为其非常高的大气衰减、稀疏的初始部署和使用窄波束天线均可有效减少干扰的可能性。

移动宽带及Wi-Fi网络中，没有清晰可视条件的无线接入在每天的日常生活中被我们所熟悉。然而，也许因为此，才使公众普遍存在对非视距微波误传和误解。比如认为，非视距微波回传为满足覆盖和容量的需求仅限于使用6 GHz频率以下，使用宽束天线和必须使用基于OFDM的无线电技术。但是，使用基于6Ghz以上的频谱用于非视距固定无线接入[5]和移动接入[6]已经进行了研究。Coldrey et al证实使用24GHz频谱，一对50MHz带宽可以完成90%的小站部署，容量超过100Mbps[7].

任何NLOS传播场景都可以是下列一种或多种传播现象组合：

透射

所有的电波当遭遇障碍物时都会发生改变。当电磁波触击一座建筑物的边缘时，衍射即已发生-现象是常被描述为弯曲信号。在现实中，波的能量被分散到与建筑边缘垂直的平面。可以想象的是，能量损失是与"弯曲"尖锐度及电波频率成比例对应的[8].

反射，尤其是随机的多径反射，对使用宽束天线的移动宽带是必然现象。然而，使用窄波束天线的单一路径反射是更难施工，因为需要找到反射物恰巧使其提供所需的入射角度。

当电波通过完全或部分阻碍视线的对象时，将发生透射。通常大家的共识是透射导致的路径损耗更多取决于电波频率。然而，研究表明实际由于透射产生的路径损耗，频率只是有很小的影响，而阻挡物的厚度和类型本身将对穿透量产生影响[9][10].薄的非金属的物质，例如稀疏的树叶，尽管针对高频段电波也只是增加相对较小的损耗（如图1所示）。

基于上述三种传输影响的应用和对它们的正确理解，部署指南将为网络工程师针对任意场景性能估算提供简单规则。

NLOS系统特性

以传统的视距微波的链路指标的计算公式再加入非视距的衰耗（ΔLNLOS）即可以得到简单的NLOS微波链路指标计算公式1：

公式1：PRX=PTX+GTX+GRX-92-20log（d）-20log（f）-LF-ΔLNLOS

这里PRX和PTX是接收和发射电平（dBm -相对1毫瓦的功率dB值）；GTX和GRX分别是发射机和接收机端天线增益（dBi-全向性dB相对值）；d是链路距离（公里）；f是频率（GHz）；LF是任何衰落损耗（以dB计）；而ΔLNLOS是由于非视距传播的额外损耗（以dB计）。上述公式中并未明确指出的是理论上天线增益决定于频率，固定尺寸天线的天线增益以20log （f）增加，因而实际的接收电平PRX也将随频率的增加而以20log （f）值增加（天线大小不变）。这种关系表明在小天线占有重要组成因素的小站传输中，使用更高频率将会带来更多的性能优势。

为了说明非视距传输的一些重要系统性能，爱立信专门测量了目前商用的两种不同频段微波回传系统（见表1）。第一个系统是在无需牌照的5.8 GHz频段商用产品，产品基于TDD和OFDM技术使用64 QAM调制方式，利用2×2 MIMO（交叉极化）配置在40 MHz信道带宽中提供100 Mbps全双工峰值吞吐量（汇聚200 Mbps）。第二个系统是需牌照的28 GHz频段爱立信MINI-LINK PT 2010商用产品，基于FDD，56 MHz信道和单载波技术达到512 QAM调制方式。它在提供400 Mbps全双工峰值吞吐量（800 Mbps汇聚）。两个系统均使用自适应调制，基于接收信号质量来适应吞吐量。两个系统使用天线的物理尺寸相近，但由于频率决定天线增益和28Ghz的抛物面天线类型，28 GHz系统天线增益是38dBi，而5.8GHz系统的平板天线增益达到17dBi.

表示了在不同链路距离下的链路冗余与吞吐量比较，冗余定义是接收功率（依据公式1）与一个特定的调制方式（吞吐量）的接收器阈值之间的差值-在视距条件下无衰落（LF =0）。如果我们可以预测由于非视距场景产生的额外损失ΔLNLOS，图2中的曲线就可以估算吞吐量。天线尺寸相近的条件下，使用更高频率的优势很明显。28GHz系统400Mbps峰值速率时的链路冗余比5.8GHz系统100Mbps峰值速率时的链路冗余高出约20dB.