《现代通信网及其关键技术》8宽带无线接入.ppt

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1、IEEE 802委员会对BWA展开全线标准化802.11：WLAN，无线局域网802.15：WPAN，无线个域网802.16：WMAN，无线城域网802.20：MBWA，移动宽带无线接入802.22：WRAN，无线区域网WWAN：无线广域网正在走向宽带，例如3GBGAN：卫星网正在提供全球无缝宽带接入,无线接入的国际标准-IEEE 802(又名局域网/城域网标准委员会-LAN/MAN Standards Committee),1.WPAN无线个域网,IEEE 802.15Wireless Personal Area Network覆盖范围：10m 子标准：WPAN，无线个域网Blue Toot

2、h：蓝牙技术：HR-WPAN，高速无线个域网UWB：Ultra Wide Band，超宽带无线技术1Gb/s，例如：Wireless USB：LR-WPAN，低速无线个域网无线传感器网，250kb/s、30m,蓝牙技术蓝牙技术的典型应用是在无线个人网络（WPAN），IEEE 802.15标准就是为WPAN开发的，目前已发展成为短距离个人无线网络的标准。1)IEEE 802.15标准,2)蓝牙系统结构蓝牙系统一般由天线单元、链路控制（固件）单元、链路管理（软件）单元和蓝牙软件（协议栈）单元组成,（1）蓝牙工作频段为全球通用的2.4GHz工业、科学和医学（Industry Science and

3、Medicine，ISM）频段。（2）蓝牙的数据传输速率为1Mbit/s。（3）蓝牙基带协议是电路交换与分组交换的结合。一个蓝牙网络由一台主设备和多个辅设备组成，它们之间保持时间和跳频模式同步，每个独立的同步蓝牙网络可称为一个“微微网”。,蓝牙技术基本特点使用2.4GHz频带，毋需申请，具有全球推广价值低功率、短距离，发信机额定输出功率传输距离10cm10m，增大发射功率后距离可扩展到100m采用跳频扩频通信方式抗衰落、抗干扰，并采用快跳频、短分组、快速确认方法进一步提高抗衰落、抗干扰性能，提高传输的可靠性,2.WMAN无线城域网,IEEE 802.16：无线城域网（城域接入网）Wireles

4、s Metro Area Network宽带无线城域接入规范，以固定城域接入为主提供电信级的服务和QoS保证IEEE 802.16则是为制订无线城域网(Wireless MAN)标准成立的工作组，该工作组自1999年成立后，主要负责固定无线接入的空中接口标准，并没有引起很大的关注。自从支持移动特性的802.16e任务组成立以及很多主流设备制造商加盟WiMAX后，IEEE 802.16e吸引了越来越多的目光,IEEE 802.16 无线城域网标准 WiMAX-Worldwide Interoperability for Microwave Access(微波接入全球互操作产业联盟）（包括 802

5、.16/a/c/d/e/f/g七个标准）802.161066GHZ 固定宽带无线接入 802.16a211GHZ 固定宽带无线接入 802.16c1066GHZ 固定宽带无线接入增补 802.16d266GHZ 固定宽带无线接入 802.16e26GHZ 固定和移动宽带无线接入 802.16f 266GHZ 固定宽带无线接入增补 802.16e26GHZ 固定和移动宽带无线接入增补,3.WWAN无线广域网,WWAN：无线广域网（Wireless Wide Area Network）移动通信正在走向宽带，例如3G3G的主要标准W-CDMA、CDMA 2000、TD-SCDMA高速无线接入W-CD

6、MA：接入速率2Mb/s，移动时会下降HSDPA：高速下行链路分组接入（High Speed Downlink Packet Access），接入速率可达10Mb/s以上,4.其它BWA技术,IEEE 802.20：移动宽带无线接入(MBWA)尽管传输速率及范围只有WiMAX的一半，但802.20却拥有更出色的移动性能，其时间迟延只有10毫秒，而3G的标准是500毫秒；并且在250Km/h状态下还能保持通讯不中断，而WiMAX只能达到120Km/h，竞争802.16与3GIEEE 802.22：无线区域网（WRAN，Wireless Regional Area Network）充分利用无线电视

7、的频段和基础设施使用感知无线电技术,WiMAX组网技术,IEEE 802.16演进策略,Wi-Fi/WiMAX/3G第一阶段混合组网,Wi-Fi/WiMAX/3G第二阶段混合组网,Wi-Fi/WiMAX/3G第三阶段混合组网,2001年4月，由业界领先的通信设备公司及器件公司共同成立了一个非盈利组织-微波接入全球互操作性认证联盟WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)。基于IEEE 802.16标准的宽带无线接入产品进行一致性和互操作性认证。它是针对微波频段提出的一种新的空中接口标准。,8.5.3 WiMAX及无线城域网WMA

8、N,无线本地回路（WiMax）,无线城域网802.16也称WiMax，在用户站点和核心网络（如公共电话网，Internet）之间提供数字电话、因特网访问、远程局域网连接、电视和无线电广播等服务。802.16定义了用户收发机同基站收发机之间的无线接口。,1.802.16概述,WiMAX：Worldwide Interoperability for Microwave AccessWiMAX论坛（WiMAX Forum）用来描述基于802.16系列协议的网络系统固定WiMAX：802.16-2004（802.16d）移动WiMAX：802.16e-2005（802.16e）WiMAX论坛由运营商和

9、设备制造商联合成立的非赢利性产业联盟目标：促进基于802.16系列标准的产品和系统的应用，保证产品之间的兼容性和互操作性职责：共设立9个工作组，围绕产品认证、网络架构研究、业务和应用模式推广、频谱管理等开展工作，并协调WiMAX系统和其他标准化组织的联系,IEEE 802.16工作组：制定空中接口规范，包括物理层和MAC层WiMAX论坛：制定基于802.16技术的完整的网络系统，并且推动该系统的商业应用,IEEE 802.16d协议,IEEE 802.16d是目前所有标准中相对比较成熟并且最具实用性的一个版本。IEEE 802.16协议中定义了两种网络结构：点到多点(PMP)结构和网格(Mes

10、h)结构。,2.网络拓扑结构,点对多点（PMP：Point-to-MultiPoint）,由一个中心基站（BS：Base Station）和一组由该基站管理的用户站（SS：Subscriber Station）组成SS一般以建筑物（家庭或者商业机构）为服务单位BS连接到核心网络，为SS提供最后1公里接入服务在下行信道中，BS是唯一的发射单元上行信道为时分复用（TDD）和按需复用相结合BS在广播消息中指定特别的竞争信道，SS根据业务需求在竞争信道上提出带宽申请BS指定SS在上行信道的固定位置发送业务数据BS与SS建立连接，并且通过轮询、竞争、主动带宽授权等调度方式来管理连接,下行：从BS到SS的

11、传输上行：从SS到BS的传输,网状（Mesh）,可选支持选项目的：扩大覆盖、增加系统容量数据传输路径不仅仅在BS和SS之间，SS之间也可以进行数据传输采用分布式调度算法来对数据传输进行控制所有节点向其邻居广播调度信息，包括可用资源、资源申请和许可情况,自组织网络，但复杂度高,网络应用模型,如不特别强调，网络应用模型一般基于PMP,802.16系统框架图,一个完整的802.16系统应包含的网络实体有：用户设备(UE)，用户站(SS)，基站(BS)，核心王CN)。,3.2 802.16-2004,2004年发布，基于802.16、802.16a、802.16c等几个版本包括物理层和MAC层规范,物

12、理层（PHY）,安全子层,MAC公共部分子层（MAC CPS）,业务汇聚子层（CS）,MAC层,802.16系列协议的MAC层的最主要的特征是提供面向连接的服务，引入了服务质量（QoS）支持，可为每个连接设置不同的QoS参数，包括带宽、延迟和延迟抖动等,CS SAP,MAC SAP,PHY SAP,802.16d的协议栈模型,WiMAX应用场景,固定场景固定接人业务游牧场景-终端可以从不同的接人点 接入到一个运营商的网络中;在每次会话连接中，用户终端只能进行站点式的接人;便携场景-用户可以步行连接到网络，除了进行小区切换外，连接不会发生中断。终端可以在不同的基 站之间进行切换。当终端静止不动时

13、，便携式业务的应用模型与固定式业务和游牧式业务相同。当 终端进行切换时，用户将经历短时间(2s)的业务中断或者感到一些延迟。切换过程结束后，TCPI IP应用对当前IP地址进行刷新，或者重建IP地址。,简单移动场景-用户在使用宽带无线接入业务中能够步行、驾驶或者乘 坐公共汽车等，但当终端移动速度达到60kmh-120kmh时，数据传输速度将有所下降。这是能够 在相邻基站之间切换的第一个场景。在切换过程中，数据包的丢失将控制在一定范围内，在最差的情况下，TCP/IP会话不中断，但应用层业务可能有一定的中断。切换完成后，QoS将重建到初始 级别。自由移动场景-用户可以在移动速度为120kmh甚至更

14、高的情况下无中 断地使用宽带元线接入业务，当没有网络连接时，用户终端模块将处于低功耗模式。简单移动和全移动网络需要支持休眠模式、空闲模式和寻呼模式。移动数据业务是移动场景(简单移动和全移动)的主要应用，包括目前被业界广泛看好的移动E-mail、流媒体、可视电话、移 动游戏、移动VoIP(MVoIP)等业务，同时它们也是占用无线资源较多的业务。,802.16应用场景,无线通信技术一直都在不断发展，但当前却处于一个前所未有的变革期，新兴的4G空中接口如WiMAX、LTE(Long Term Evolution长期演进)、UMB(Ultra Mobile Broadband超宽带移动技术）、802.

15、20、WiBRO(Wireless Broadband access service)以及下一代PHS等等都有一个共同的特点：即都是基于正交频分多址接入(OFDMA)、都采用MIMO(多入多出)技术、都具有“扁平化架构”且均基于IP(互联网协议)。,LTE与其他技术传输成本的比较,宽带无线接入的应用:无线城市,无线城市(Municipal Wireless)就是在整个城市的范围内实现无线网络的覆盖，提供随时随地的 宽带无线Interet接入服务。无线城市是指利用多种无线接入技术，为整个城市提供随时随地随需的无线网络接入。在无线城市的覆盖 区域内，用户可以通过无线方式用各种便携式终端，看网络电视

16、、随时召开或参加视频会议、无线文 件传输、无线网络硬盘、移动电子邮件等，享受无处不在的网络服务。,无线城市，是一张多层次、全覆盖、具有宽带、泛在、融合特性的信息网络，使得用户根据应用和场景自由切换，随时接入最佳网络，为市民构建一个能够便捷、安全、迅速接入信息世界的通道，它是所有数字化、智慧化信息应用的基础；同时无线城市也是一张融合了互联网、移动互联网和物联网的信息应用平台，通过聚合大量信息内容和应用，能够为市民的购物、出行、学习、教育、保健等方面提供便利，能为为企业的开张、销售、宣传、管理等方面提供有力工具，能够为政府的政务公开、监督、城市管理等方面提供有益帮助。,从技术角度上看，无线城市建设可以采用包括2G.3G、WiFi和WiMAX在内的所有无线接入技 术，但从无线城市的定位以及接入的带宽和经济性上看，采用WiFi和Wi MAX技术是一个很好的选 择。中国大陆地区无线城市建设主要采用WiMAX+Mesh WiFi方案，其中WiMa构建无线骨 干网络，用来汇聚各个无线区域的流量，实现热点回传，并与宽带有线网络连接;而Mesh WiFi则利 用无线Mesh网络构架，采用WiFi技术作为无线接入层，实现无线接入热点的布局，完成终端到网络 的接入，以及小范围内无线数据的跳接。,