全书课件：宽带无线通信技术.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第,1,章宽带无线通信技术概述,无线通信技术的发展,1.1,宽带无线接入概述,1.2,宽带无线接入的技术分类,1.3,BWA,技术的发展状况,1.4,本章内容,无线通信技术的发展,宽带无线接入技术概述,宽带无线接入技术分类,宽带无线接入技术的发展状况,本章重点,无线通信技术的发展,宽带无线接入的基础知识,各种不同的宽带接入技术,学习本章目的和要求,了解无线通信技术的原理和基础知识,了解宽带无线接入技术的基本原理,初步认识各种宽带接入技术,1.1 无线通信技术的发展,过去的,10,多年是通信技术、电信基础设施建设及电信服务水平飞速发展的黄金十年，高新技术不断涌现，基础设施日益完善，服务模式推陈出新，形成了一个欣欣向荣的巨大产业，涌现了一些具有代表性的通信技术。,在有线通信方面，随着,20,世纪,90,年代中期,ATM,、,FR,、,DDN,网络的大面积建设，电信数据网络市场彻底告别了,X.25,时代，开启了一个宽带数据网络发展与应用的春天。,在公众服务领域，无线和移动通信技术及服务相对有线通信而言可谓是更加轰轰烈烈，后来居上。,20,世纪,80,年代末的无线寻呼技术及服务的出现，首次将普通百姓带入了一个移动通信的时代。,第一代移动通信系统是以美国的,AMPS,标准和欧洲的,TACS,标准为代表的移动通信系统，它是模拟体制的移动通信技术。,第二代移动通信系统的出现迅速将公众个人移动通信服务推进了高速发展的黄金时期。,第三代移动通信系统（简称,3G,）向人们描绘的是一个空前眼花缭乱的移动通信服务世界。,而与此同时，以,IEEE 802.11a/b/g,为代表的,WLAN,技术，以及以,IEEE 802.16,为代表的,WiMAX,下一代宽带无线接入技术，甚至还包括以,DVB-T,、,DVB-H,为代表的数字电视地面无线广播技术，如此众多的成熟和即将成熟的无线通信技术，在不久的将来将共同组成一个高效、灵活和可靠的无线通信网络和移动通信网络。,1.2 宽带无线接入概述,1.2.1 接入网的定义,接入网（,AN,）是由业务节点接口（,SNI,）和相关用户网络接口（,UNI,）之间的一系列传送实体（例如线路设施和传输设施）组成的、为传送电信业务提供所需传送承载能力的实施系统，可经由,Q3,接口进行配置和管理。,通常，接入网对用户信令是透明的，不作解释和处理。换句话说，接入网就是介于网络侧,V,或参考点,Z,和用户侧,T,或参考点,Z,之间的所有机线设施的总和。其重要功能是交叉连接、复用和传输功能，一般不包括交换功能，而且应独立于交换机。,根据传输方式细分，可以将接入网分为有线接入网和无线接入网两种方式。其中，按照传输介质分类，有线接入网可以包括光纤接入网、铜缆接入网和混合光纤,/,同轴电缆网等；无线接入网可以包括集群通信网、蜂窝移动网、微波通信网和卫星通信网等多种形式。,对于无线接入网，按照空中接口承载业务带宽的大小，又可以将其分为宽带无线接入网和窄带无线接入网。,1.2.2 宽带无线接入技术基本概念和基本特点,在信息通信领域，发展速度最快，对人们影响最大的两大技术就是宽带网络技术和无线移动通信技术。,这两大技术的结合，即为宽带无线接入技术。,宽带无线接入技术指从用户终端到业务交换点之间通信链路采用无线链路的宽带接入技术，它实际上是核心网络的无线延伸。,与传统的有线接入方式相比，宽带无线接入具有如下特点。,（,1,）覆盖范围灵活，单基站（或接入点）的覆盖范围通常从几十米到几公里数量级不等，可以使,BWA,技术灵活地应用于从局域网到城域网的整个区域。,（,2,）工作频带宽，可提供宽带接入。,（,3,）启动资金较小，不需要进行大量的基础设施建设，初期投入少，仅在增加用户（即有业务收入）时才需增加资金投入。,（,4,）提供服务速度快，无线系统安装调试容易。,（,5,）频率复用度高，系统容量大。,（,6,）灵活的链路自适应技术。,（,7,）,MAC,层具备调制机制。,（,8,）动态带宽分配能力。,（,9,）安全性。,（,10,）在发展方面极具灵活性。,（,11,）提供优质价廉的多种业务。,（,12,）运营维护成本低。,1.3 宽带无线接入的技术分类,宽带无线接入技术从覆盖范围上可以分为个域无线宽带接入、局域宽带无线接入、城域宽带无线接入和广域网宽带无线接入技术四类，它们的主要区别如下。,（,1,）个域网覆盖范围从几厘米到几米，为不同设备间提供双向短程通信，以蓝牙技术为代表。,（,2,）局域网覆盖范围从几米到几百米，可以为一定范围内的用户提供共享的、无线接入带宽，,WLAN,是其代名词。,（,3,）城域网覆盖范围为几公里数量级（,3km,5km,是典型值，点对点链路的覆盖可以高达几十公里），可以提供支持,QoS,能力和一定范围移动性的共享接入能力，,MMDS,、,LMDS,和,WiMAX,等技术属于城域网范畴。,（,4,）广域网覆盖范围更广，最主要的是可以支持全球范围内的广泛的移动性，属于,B3G,和,4G,的范畴，,IEEE 802.20,中的,iBurst,和,Flash OFDM,等技术是该类技术的前身。,从是否支持终端移动性上，宽带无线接入技术可以分为移动宽带无线接入技术和固定宽带无线接入技术。,1.3.1 移动宽带接入技术,根据,ITU-R,的,M.1034-1,建议，无线接入可以分为静止、步行、典型车速和高速车速四类。,移动宽带无线接入（,MBWA,）就是能够为在典型车速和高速车速状态下提供无线宽带接入的系统，即上述分类中的后两类的系统。,与此相反，固定和游牧无线接入要求用户终端使用的时候保持静止，也成为便携性系统。,移动宽带接入技术的关键技术在空中接口部分需要解决的有：在高速数据传输方面主要有多天线、分集和波束成形技术、多用户检测和干扰抵消技术、自适应调制等；在高频传输的可靠性方面主要有纠错编码（,Turbo,编码或,LDPC,编码等）、自适应编码、重传机制；在非对称的多址接入和双工方面，由于其存在非对称性问题，可以考虑的双工方式主要有频分双工和时分双工两种模式；业务量和,QoS,的,MAC,层设计方面主要有业务量设计与,QoS,保障的结合。,网络协议方面需要考虑和解决的问题有：水平,/,垂直切换和快速,IP,切换、广义移动性、服务质量和安全性等。,由于移动宽带接入的技术特点，它需要在以下方面做出技术上的折衷考虑：移动性对宽带、调制方式对多址接入方式、业务量对复杂性、公平性对服务质量、,L3,路由对,L2,路由等。,移动宽带无线接入技术主要是指第三代移动通信技术，如,WCDMA,、,CDMA2000,等。,这类移动通信技术支持终端移动性，可以实现终端移动状态下的宽带无线接入，但是在不同移动速度下，接入带宽可能不同。,以,IEEE 802.16,2005,和,IEEE 802.20,标准为代表；其覆盖范围在几公里以内，有移动通信网络小区规划特点，其目标是提供在,120km/h,（,IEEE 802.16e,2005,）和,250km/h,（,IEEE 802.20,）的典型移动速率下的超高带宽接入，最大限度地满足用户未来对高带宽数据传输的需求。,1.3.2 固定宽带接入技术,固定宽带无线接入技术带宽高，双向传输数据，可提供宽带交互式数据及媒体业务，克服了传统的本地环路的瓶颈，能满足用户对高速率数据和图像通信日益增长的需求。,在各种接入技术中，固定宽带无线接入凭借其组网快速灵活、运营维护方便及良好的成本竞争力，已迅速成为市场热点。,尤其对新的电信运营商，能够以无线技术快速低成本地建设自己的接入网，与传统的电信运营商竞争，这是一个至关重要的手段，也是迅速切入市场的有效途径。,固定宽带无线接入系统的工作频率在,3GHz,40GHz,，属于微波频段。,不同频段固定无线接入技术的组网均采用一种类似蜂窝的服务区结构，将一个需要提供业务的地区划分为若干服务区，每个服务区内设基站，基站设备经点到多点无线链路与服务区内的远端站通信。,固定宽带无线接入系统一般由三部分组成：中心站（基站）、远端站、网管系统。,1中心站,主要汇聚中心站不同扇区设备上的业务与信令数据，实现与核心网络相连。,2远端站,包括室外单元（含定向天线、射频单元）和室内单元（调制与解调单元以及与用户室内设备相连的业务接口单元）。,3网管系统,主要与中心站相连，有带内、带外和串口连接三种方式。,26G LMDS,、,3.5G MMDS,和,5.8G,点对多点固定宽带无线接入系统的组网模式相同，均由中心站、远端站和网管这三部分组成。,1.4 BWA技术的发展状况,1.4.1 传统BWA技术,1传统BWA技术概况,传统的,BWA,（,Broadband Wireless Access,，宽带无线接入）技术是指以固定宽带为技术特征，空中接口立足于各设备制造商私有技术实现的无线接入技术，主要目的是解决网络接入部分带宽不足和有线接入网络铺设困难等瓶颈问题，属于典型的,“,最后一公里,”,技术。,2LMDS技术概述,LMDS,（,Local Multipoint Distribute Service,）是点对多点的固定无线通信方式，具有非常高的带宽和双向数据传输的特点，可提供多种宽带交互式数据及多媒体业务，满足用户对高速数据和图像通信日益增长的要求。,其工作频率通常为,10GHz,43GHz,，在,26GHz,频段附近可用的频谱带宽最大可达,1GHz,以上。,（1）LMDS的概念,（2）LMDS的技术参数,不同国家或地区的电信管理部门分配给,LMDS,的具体工作频段及频带宽度有所不同，其中大约有,80%,的国家将,27.5GHz,29.5GHz,定为,LMDS,频段。,工作频段,我国为满足宽带无线接入业务发展的需求，规划的,LMDS,工作频段和主要技术参数暂定为：中心站发射频段,24.507GHz,25.515GHz,；远端站发射频段,25.757GHz,26.765GHz,；收发频率间隔为,1250MHz,，基本频道带宽为,3.5MHz,、,7MHz,、,14MHz,和,28MHz,，可根据具体业务需求将基本信道合并使用，传输容量,4,2.048Mbit/s/7MHz,。,多址方式,多址方式是指基站设备正确接收来自本扇区多个远端用户的信号所采用的方式。,LMDS,无线收发大多选用频分双工（,FDD,），下行链路一般通过时分复用（,TDM,），将信号向相应扇区广播，每个用户终端在特定的频段内接收属于自己的信号，上行链路可通过频分多址（,FDMA,）、时分多址（,TDMA,）等多址方式与基站进行通信。,调制方式,LMDS,系统可采用的调制方式有相移键控,PSK,（包括,BPSK,，,DQPSK,，,QPSK,）和正交幅度调制,QAM,（包括,4QAM,，,16QAM,，,64QAM,），具体应用时将根据实际情况选定。,拓扑结构,LMDS,系统的拓扑结构与局域网类似，可有星形和环形两种主要结构形式。,（3）LMDS系统的组成,图,1-1 LMDS,系统组成示意图,基础骨干网络,基站,用户端设备（,CPE,）,网管系统,（4）LMDS的主要特点,可提供极高的通信带宽。,蜂窝式的结构配置可覆盖整个城域范围。,LMDS,可提供多种业务,调制与编码方式。,（5）LMDS的优缺点,与传统的有线接入或者低频段无线接入方式相比，,LMDS,具有以下优势。,项目启动快，工程完成快。,工作频带宽，可提供宽带接入。,前期投资比较小，后期扩容能力强，投资回收快。,业务提供速度快。,在用户发展方面极具灵活性。,可提供质优价廉的多种业务。,频率复用度高，系统容量大。,网络运行、维护费用比较低。,虽然,LMDS,有以上的优点，但是亦存在不同程度的局限性。,LMDS,的致命缺点是在信号传输上会有发射器和接收器之间一条直射的传输限制，如果中间有过多的障碍物阻挡信号传送，就会影响传输品质。,LMDS,服务区覆盖范围较小，不适合远程用户使用。,LMDS,使用约,30GHz,的频段作为传输媒介，该频段属于,Ka,频段，故对于树木、建筑物等障碍物的穿透能力较弱，而且有严重的雨衰效应，通信质量受雨、雪等天气影响较大，只有在与基地台建立直线传输线路时才会有较佳的通信品质。,基站设备比较复杂，价格较贵，所以在用户少时，每个用户的分摊成本较高。,（6）LMDS的应用,LMDS,属于无线访问的一种新形式，可以采用蜂窝式的小区结构覆盖整个城域范围，每个蜂窝站的覆盖区为,5km,7km,。,若采用具有更高的发射功率、更强的接收灵敏度，可增加基站的覆盖范围，使覆盖范围达到,10km,以上。,LMDS,覆盖区可相互重叠，每个蜂窝的覆盖区又可以划分为多个扇区，可以根据需要在该扇区提供特定业务或服务。,LMDS,系统特别适于在城市商贸区、技术开发区、写字楼群、城市居民小区等高密度用户地区使用。,LMDS,的应用场合如下。,企业应用。,住宅用户。,连接,2G,和,3G,。,LMDS,系统可提供的业务如下。,话音业务。,数据业务。,视频业务。,3MMDS技术概述,MMDS,技术其实也是一种无线通信技术。这种技术是近些年才发展起来的通过无线微波传送有线电视信号的一种新型传送技术，这种技术不但方便安装调试，而且由这种技术组成的系统重量轻、体积小、占地面积少，很适合中小城市或郊区有线电视覆盖不到的地方。,（1）MMDS技术的概念,这种技术是一种通过视距传输为基础的图像分配传输技术，它的正常工作频段一般为,2.5GHz,3.5GHz,，这种技术不需要安装太多的屋顶设备就能覆盖一大片区域，因此利用这种技术人们可以在反射天线周围,50,公里范围内将,100,对路数字电视信号直接传送至用户。,一个发射塔的服务区就可以覆盖一座中型城市，同时控制上行和下行的数据流。,现在,MMDS,使用了传统的调制技术，但是未来的技术将是基于,VOFDM,（,Vector Orthogonal Frequency Division Multiplexing,，矢量频分正交复用）的，接收端与反射的信号相结合，生成一个更强的信号。,这种技术成本低廉，常用于远离服务中心的小型企业接入网，它有时被称为,WDSL,或通称为宽带无线技术。,MMDS,是一种新的宽带数据接入业务，在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线宽带接入服务。,图,1-2 MMDS,系统功能框图,（2）MMDS技术可以提供的业务,MMDS,技术可以为用户提供多种业务功能，这包括点对点面向连接的数据业务、点对多点业务、点对点无连接型网络业务。,（3）MMDS的发射与接收,MMDS,的传输发射方式分单频点发射机和宽带发射机两种。,单频点发射机特点,a,可靠性比较高。如某一路发射机发生故障中断了发射，不会影响其他路信号的传输。,b,传输距离较大。覆盖范围最大可达,50,公里以上。通常传输,12,路电视信号的农村有线电视网要覆盖,30,公里以上距离都使用此类发射机。,c,由于它采用独立发射机，成本造价较高。,d,发射机置于室内，维护方便。,宽带发射机特点,a,结构简单，使用方便。,b,覆盖范围较小，半径一般在,30,公里以内。,c,成本低，很受经济不太发达地区用户的欢迎。,d,可置于室外天线后部，免去建机房及购买馈管和波导的费用。,（4）MMDS系统的技术要求,按照国际通信标准，,MMDS,频道配置应该与国际接轨，在,2,503MHz,2,687MHz,频段内，以每频道,8MHz,带宽邻频道间隔排列,23,个电视信道。,并在,2,684MHz,2,700MHz,专用频段内，用于数据及话音通信传输及双向传输的上行回传。,在,200MHz,带宽内，以梳状方式分成两个独立组，,A,组采用奇数频道号，,B,组采用偶数频道号，以隔频道排列。,MMDS,系统作为一级供电发射系统，应有两个独立电源或自备发电机，并备有交流稳压电源。,MMDS,系统微波站必须可靠接地。,MMDS,系统必须有良好的防雷设施，供电线路和通信线路也必须有防雷措施；雷击放电时产生巨大的能量，除直接通到地面外，还可通过长传输线产生感应电进入电子设备。,MMDS,系统的发射机与频道合成器之间的传输线应尽量短，频道合成器波导输出口距离墙面至少,0.6m,。,在使用,MMDS,系统来接受信号时，大家需要注意的是接收点的选择，面对发射台方向不能有遮挡，要避开通信、雷达等干扰源。,MMDS,的主要特点如下。,MMDS,技术使用了最新的传送数字信号的信源编码与信道编码技术，同时在,MMDS,系统中人们还引入了最新的调制技术，这样会使得数字信号的频谱压缩，从而能大大提高了频道利用率，最终可以提高通信功率与频谱的综合利用。,与传统的,AML,、,FM,微波传输方式工作频段相比，,MMDS,工作频段要稍微低一点，而与地面电视广播,VHF,、,UHF,频段相比，,MMDS,其绕射能力要弱一点，各种楼层建筑物对其吸收大，反射波弱，不会产生重影。,MMDS,无线传输网与有线电视光纤网一样，可采用加,/,解扰技术，实现可寻址收费系统合计算机用户管理系统。,由于,MMDS,通信技术采用数字滤波与数字存储方式，因此人们可用很简单的方法就能消除伴随图像传输的噪声，来高效改善图像传输的信噪比。,MMDS,通信系统采用数字压缩发射机来大大减少模拟发射机的数量，而且从建设的成本来考虑，采用数字传输系统要比采用相应的模拟发射机的成本低好几倍，这种方式甚至比通信光缆的铺设更能节约投资。,4传统BWA技术的发展,目前，,LMDS,和,MMDS,并没有形成,FBWA,领域的统一技术标准，各个设备制造商的空中接口协议没有实现兼容性和互操作性。,因此，产品批量生产能力不高，成本下降较慢，产业链不健全，导致技术更新和新技术的引入无法有效进行，致使整个行业的发展受到了很大的局限。,由于标准不统一造成的成本问题已经成为制约宽带固定无线接入技术发展的最大障碍。,整个,BWA,产业需要成熟的技术、统一的标准以及有效的成本降低机制构成的良性循环，为此，许多机构开始着手解决这一问题，试图建立起真正统一的全球性标准。,在这样的背景下，诞生了,ETSI HIPER ACCESS,、,ARIB MMAC,和,IEEE 802.16,等标准。,到目前为止，发展较快、已经比较完善并且被广泛接受的标准是,IEEE 802.16,标准。与此同时，欧洲的,ETSI BRAN,项目和日本,ARIB,的,MMAC,均在开发与,IEEE 802.16,相近的宽带无线接入技术标准。,1.4.2 IEEE 802.11技术,无线局域网（,Wireless Local Area Network,，,WLAN,）是固定局域网的一种延伸，指以无线媒体作为传输媒介的局域网。,目前国际上无线局域网有三大标准家族，美国,IEEE 802.11,、欧洲,ETSI,高性能局域网,HiperLAN,和日本,ARIB,移动多媒体接入通信,MMAC,，其中,IEEE 802.11,系列标准是无线局域网的主流标准。,随着,IEEE 802.11,标准的推行，无线局域网的产品越来越丰富，不同产品的兼容性得到加强。,美国电气和电子工程学会（,IEEE,）在制定局域网标准中起了重大作用，,IEEE 802,是主要的局域网标准，已经成为,ISO,国际标准，,IEEE 802.11,对应的,ISO,标准是,ISO/IEC 8802-11,，定义了无线局域网的,MAC,层和物理层规范。,IEEE 802.11,的制定，主要用于解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入，业务主要局限于数据访问，速度最高只能达到,2Mbit/s,。,由于它在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，因此，,IEEE,又相继推出了,802.11b,和,802.11a,两个标准。,此后，,c,i,的标准也在不断形成和制定之中。,IEEE 802.11,协议栈如图,1-3,所示。,图,1-3 IEEE 802.11,协议栈,图,1-4 IEEE 802.11,协议基本参考模型,1协议基本参考模型,2IEEE 802.11 MAC层,由于,IEEE 802.11,网络中，多个终端共享同一传输媒质，所以需要一种,MAC,协议来控制各个终端对同一传输媒质的访问。,IEEE 802.11MAC,层采用了与以太网类似的,CSMA,载波监听多路访问来控制对传输媒质的访问。,（1）MAC数据服务（MAC Data Service）,（2）MAC层功能,访问控制,a,分布访问协同功能（,Distributed Coordination Function,，,DCF,）,b,中心点协同功能（,Point Coordination Function,，,PCF,）,c,请求发送,/,允许发送（,Request To Send/Clear To Send,，,RTS/CTS,）协议,d,分段技术和差错恢复机制,e,QoS,机制,网络连接,工作站开机后通过被动或主动扫描方式搜索有无现成的,AP,可供加入，搜索到后从,AP,接收服务组标识符（,Service Set Identifier,，,SSID,）、时间同步函数（,Timer Synchronization Function,，,TSF,）、计数器的值和物理安装等参数。,提供身份验证和数据加密,无线局域网中所有工作站共享无线介质，由于传输介质的脆弱性，工作站更容易受到攻击，主要包括身份假冒、重放攻击、信息篡改、拒绝服务攻击等主动式攻击和网络窃听、网络通信量分析等被动式攻击，因此安全性需要高度重视。,当无须对发送工作站进行身份认证时，一般采用开放系统认证（,Open System Authentication,），通常情况下，无线局域网中的数据传输需要更高的安全级别，包括,IEEE 802.11,定义的共享密钥认证（,Shared Key Authentication,）在内，基于,IEEE 802.11,的局域网主要采用以下几种安全技术。,a,SSID,技术,b,MAC,技术,c,有线对等加密（,Wired Equivalent Privacy,，,WEP,）技术,d,无线局域网鉴别与保密基础结构（,WLAN Authentication and Privacy Infrastructure,，,WAPI,）,e,用户认证技术（,IEEE 802.1x,）,（3）MAC层帧,MAC,帧格式,图,1-5 MAC,帧格式,图,1-6 MAC,帧控制字段格式,MAC,帧分类,图,1-7,管理帧格式,a,管理帧,图,1-8 RTS/CTS,帧格式,b,控制帧,c,数据帧,3802.11物理层,IEEE 802.11,定义了,FHSS,，,DSSS,和,IR,物理层；,802.11b,对,DSSS,物理层进行了补充，定义了,HR/DSSS,（,High Rate/direct sequence spread spectrum,）；,802.11a,定义了,OFDM,物理层；,802.11g,对,802.11,和,802.11b,定义的,DSSS,物理层做了进一步扩展，定义了扩展速率物理层（,Extend Rate PHY,，,ERP,），并对,ERP,和非,ERP,（,nonERP,）工作站共处等问题做了规范。,（1）物理层服务原语,物理层与,MAC,层通过,12,条服务原语进行通信。,（2）物理层功能,载波监听,传送功能,接收功能,图,1-9 IEEE 802.11,中,FHSS,方式的,PLCP,帧格式,（,3,）,PLCP,子层帧格式,图,1-10 IEEE 802.11b,中,DSSS,方式的长,PLCP,帧格式,图,1-11 IEEE 802.11a,中,OFDM,方式的,PLCP,帧格式,（4）PMD子层,PMD,子层通过服务原语与,PLCP,子层通信，通过管理实体原语实现对管理信息库（,Management Information Base,，,MIB,），,PMD,操作负责将,PPDU,的二进制数转换成相应适合发送的无线信号，主要包括扩频和调制功能。,IEEE 802.11,IEEE 802.11b,IEEE 802.11a,IEEE 802.11g,其他,IEEE 802.11,标准,4无线局域网组网方式,如图,1-12,所示，基本服务集（,Basic Service Set,，,BSS,）是由多个工作站（,Station,，,STA,）组成的集合，,BSS,内的工作站可以相互通信并且具有相同的服务集标识符（,BSS Identifier,，,BSSID,）。,（1）IEEE 802.11提供的服务,图,1-12,无线局域网服务体系架构,独立基本服务集（,Independent Basic Service Set,，,IBSS,）是最基本的,802.11,无线局域网形式，至少包括两个工作站，没有中继功能，工作站之间处于能够直接通信的物理范围内才能通信。,分布式系统（,Distribution System,，,DS,）用于连接不同的,BSS,，分布式系统使用的无线媒介（,Distribution System Medium,，,DSM,）与,BSS,使用的媒介（,Wireless Medium,，,WM,）逻辑上分开，尽管它们物理上可能会是同一个媒介，例如同一个无线频段。,接入点（,Access Point,，,AP,）是特殊的工作站，,AP,提供分布式系统服务（,Distribution System Service,，,DSS,）。,几个,BSS,通过,AP,连接起来形成扩展服务集（,Extended Service Set,，,ESS,），,ESS,内的工作站对于,LLC,层是透明的，可以从一个,BSS,移动另一个,BSS,。,关口（,Portal,）是无线局域网中的一个逻辑节点，用于,802.11,无线局域网和非,802.11,局域网之间的协议转换。,在实际中可以将,Portal,和,AP,的功能基成到一个设备中。,IEEE 802.11,定义了,9,种服务。,主机服务（,Station Service,，,SS,）,主机服务确保主机正确发送、接收数据的能力和数据传输的安全。包括身份确认（,Auth8entication,）、取消身份确认（,Deauthentication,）、私密性服务（,Privary,）和,MSDU,分发（,MSDU Delivery,）,4,种服务。,分布式系统服务（,Distribution System Service,，,DSS,）,分布式系统服务确保,MSDU,可以在同一个,ESS,中不同,BSS,间传输。包括关联、取消关联、重新关联、分发（,Distribution,）和集成（,Integration,）,5,种服务。,（2）无线局域网主要组网设备,无线客户端适配器（,Client Adapter,）,无线接入点（,Access Point,，,AP,）,无线网桥,无线路由器,（3）无线局域网的拓扑结构,无线局域网主要包括基础结构式（,Infrastructure,）网络和,Ad Hoc,网络两种拓扑结构。如图,1-13,所示。,图,1-13,无线局域网拓扑结构,5无线局域网应用,销售、物流等行业,服务行业,教育行业,石油行业,（1）行业应用,医疗行业,制造行业,展厅、比赛竞技场,移动办公环境,（2）公众接入,由于无线局域网技术在数据链路层以上与局域网完全一致，所以可以利用已有的宽带有线接入资源，迅速地部署无线局域网，形成无缝覆盖。,无线局域网和固定,IP,网络融合，即通过,AP,实现用户的无线接入，接入控制节点（,Access Control,，,AC,）与,AAA,服务器配合可实现多种用户接入手段以及丰富的计费策略，典型案例如图,1-14,所示。,图,1-14,无线局域网接入固定,IP,网典型方案,图,1-15,无线局域网与,GPRS,捆绑应用案例,图,1-16,无线局域网与,3G,融合解决方案,1IEEE 802.16标准,1.4.3 IEEE 802.16技术,1999,年，,IEEE-SA,成立了,IEEE 802.16,工作组来专门开发宽带固定无线技术标准。,IEEE 802.16,主要用来解决宽带接入,“,最后一公里,”,的问题。它可作为线缆和,DSL,的无线扩展技术，或者用于将,802.11a,无线接入热点（,Hotpoint,）连接到互联网，也可将公司与家庭等网络连至有线骨干线路，从而真正实现无线与宽带接入的统一。,自从该标准诞生以来，已经发展出,802.16a,、,802.16d,和,802.16e,等一系列标准。,2空中接口特性,802.16,技术网络由用户站（,SS,）、基站（,BS,）、认证和业务授权服务器（,ASA,）组成，如图,1-17,所示的参考模型中定义了网络实体间的各个接口和参考点。,图,1-17 IEEE 802.16,逻辑参考模型,3协议栈模型,图,1-18,协议栈模型,4物理层,（,1,）频段,（,2,）双工方式,（,3,）载波带宽,（,4,）调制方式,（,5,）编码方式,5媒体接入控制层,IEEE 802.16,标准的,MAC,层协议在上行通道分配带宽时，采用的是一种基于预留的集中控制方式。,IEEE 802.16,的,MAC,层是靠同意,/,请求协议来接入媒体的，它可以消除确认消息的开销和延时来支持不同的服务水平。,表,1-1IEEE 802.16,业务特征,业务类型,特 点,带 宽 窃 取,轮 询,UGS,固定速率实时业务,不允许,使用,PM,比特为,1,来为非,UGS,连接请求带宽轮询,rtPS,可变速率实时业务,支持,GPSS,模式,单播,nrtPS,非周期变长分组非实时业务,支持,GPSS,模式,允许所有形式的轮询,BE,无保障分组数据业务,支持,GPSS,模式,允许所有形式的轮询,6IEEE 802.16技术分类,根据是否支持移动特性，,IEEE 802.16,标准可以分为固定宽带无线接入（,Fixed Broadband Wireless Access,，,FBWA,）空中接口标准和移动宽带无线接入（,Mobile Broadband Wireless Access,，,MBWA,）空中接口标准，其中,802.16,、,802.16a,、,802.16d,属于,FBWA,，而,802.16e,属于,MBWA,。,1IEEE 802.20技术概述,1.4.4 IEEE 802.20技术,移动宽带无线接入系统最初由,IEEE 802.16,工作组在,2002,年,3,月提出；,2002,年,7,月，,IEEE,明确,MBWA,与,IEEE 802.16,定位于不同的市场应用；,2002,年,9,月，,MBWA,执行委员会提议成立新的工作组；,2002,年,12,月，该提议得到标准，,IEEE 802.20,工作组成立。,IEEE 802.16,和,IEEE 802.20,研究组致力于两类不同市场目标。,在,IEEE 802.20,的项目授权请求,PAR,中定义了,IEEE 802.20,标准工作范围：,“,空中接口的,PHY/MAC,层规范，适用于可互操作的移动宽带无线接入系统，工作于,3.5GHz,以下的需授权频段，最优化,IP,数据传输，每用户峰值速率超过,1Mbit/s,支持城域范围内高达,250km/h,的各种车载移动性，在频谱效率、可持续用户数据速率和活动用户数等方面比现有移动系统性能有显著提高。,”,2IEEE 802.20技术特性,IEEE 802.20,的主要技术特性如下：全面支持实时和非实时业务，在空中接口中不存在电路域和分组域的区分；能保持持续的连通性；频率统一，可复用；支持小区间和扇区间的无缝切换，以及与其他无线技术（,802.16,、,802.11,等）间的切换；融入了对,QoS,的支持，与核心网级别的端到端,QoS,相一致；,支持,IPv4,和,IPv6,等具有,QoS,保证的协议；支持内部状态快速转变的多种,MAC,协议状态；为上下行链路快速分配所需资源，并根据信道环境的变化自动选择最优的数据传输速率；提供终端与网络间的认证机制；与现有的蜂窝移动通信系统可以共存，降低网络部署成本；包含各个网络间的开放型接口。,（1）系统性能指标,表,1-2802.20,系统性能指标,参 数,目 标 值,移动性,最高达,250km/h,频谱效率,1 bit/s/Hz/cell,工作频率,3.5GHz,的许可频段,单小区覆盖半径,4Mbit/s,用户峰值速率（上行）,300kbit/s,1.2Mbit/s,单小区峰值速率（下行）,4Mbit/s,16Mbit/s,单小区峰值速率（上行）,800kbit/s,3.2Mbit/s,双工方式,FDD,和,TDD,MAC,帧往返时延（,RTT,）,10ms,安全模式,AES,（高级加密标准）,表,1-3,不同场景下的频谱效率,参 数,下 行,上 行,移动速率（,km/h,）,3,120,3,120,频谱效率（,bit/s/Hz/cell,）,2.0,1.5,1.0,0.75,（2）纯IP架构,IEEE 802.20,秉承了,IEEE 802,协议族的纯,IP,架构。,纯,IP,架构，与,3GPP,和,3GPP2,所提出的全,IP,概念有所不同,前者是核心网和无线接入网都基于,IP,传输，而后者仅仅实现了核心网的,IP,化。,设计架构的差异使,IEEE 802.20,与其他,3G,技术相比具有明显的优势。,3IEEE 802.20的技术特点,透明支持实时和非实时业务；始终在线连接；广泛的频率重用；支持在各种不同技术间漫游和切换，例如从,MBWA,切换到,WLAN,；小区间和扇区间无缝切换；支持空中接口的,QoS,与端到端核心网,QoS,一致：支持基于策略的,QoS,保证，支持,IPv4,和,IPv6,使能的,QoS,保证；支持多个,MAC,协议状态以及状态之间的快速转移；对上行链路和下行链路的快速资源费配；,用户数据速率管理：支持与,RF,环境相适应得自动选择最佳用户速率；空中接口提供消息方式用于相互认证；允许与现存蜂窝系统的混合部署；空中接口的任何网络实体之间都为开放接口，从而允许服务提供商和设备制造商分离实现这些功能实体。,尽可能首先考虑采用,IETF,协议。,1HSDPA技术概述,1.4.5 HSDPA技术,HSDPA,（,High Speed Downlink Package Access,，高速下行分组接入）技术，是,3GPP,在,R5,协议中引入的。,它可以在不改变,WCDMA,系统网络结构的基础上，大大提高用户下行数据业务速率（理论峰值可达,14.4Mbit/s,），极大地改善了,WCDMA,不支持数据密集型应用的缺陷，是,WCDMA,网络建设中提高下行容量和数据业务速率的一种重要技术。,2HSDPA的基本原理,（1）共享信道传输,在物理层规范中引入了三种新的物理信道。,高速下行链路共享信道（,HS-DSCH,）,高速下行共享控制信道（,HS-SCCH,）,高速专用物理控制信道（,HS-DPCCH,）,（2）高阶调制,3GPP R99/R4,规范中只规定了,QPSK,调制方式用于下行传输。在,3GPP R5,规范中，除了,QPSK,外，,HS-DSCH,信道还可以使用,16QAM,调制方式来提供更高的数据速率。,与,QPSK,相比，,16QAM,调制可以使空中接口速率提高一倍。,（3）更短的时间间隔（TTI）,HSDPA,的无线帧长为,2ms,（即,TTI,）。,（4）自适应调制和编码（AMC）,自适应调制和编码（,AMC,）技术使得,Node B,能够根据,UE,反馈的当前无线信道状况及时地调整调制方式（,QPSK,或,16QAM,）和编码效率，从而使数据传输速率与信道状况相匹配，从而获得高的小区吞吐量和频谱利用率。,（5）快速调度,在,WCDMA R99/R4,中，分组调度由,RNC,负责。,（6）快速混合自动重传请求,利用