課程設(shè)計（論文）-WiMax寬帶無線城域網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計.doc

第1頁1前言隨著通信技術(shù)和新業(yè)務的部署，市場與技術(shù)的相互作用，未來通信領(lǐng)域一些新的特點逐漸顯現(xiàn)出來。一方面，傳統(tǒng)寬帶固定接人用戶已經(jīng)不能滿足于僅僅在家庭和辦公室等固定環(huán)境內(nèi)使用寬帶業(yè)務，希望使用寬帶接入移動服務。另一方面，傳統(tǒng)的移動用戶也不能滿足于簡單的語音、短信和低速數(shù)據(jù)業(yè)務，希望能使用更高數(shù)據(jù)速率的業(yè)務。用戶需求的變化使固定寬帶接人服務和移動服務在技術(shù)和業(yè)務上呈現(xiàn)融合的趨勢，寬帶移動化和移動寬帶化也逐漸成為兩個領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的方向，并互為補充、互相促進。在移動寬帶化方面，3GPP/3GPP2已經(jīng)制定了1xEV-DO，HSDPA/HSUPA等技術(shù)標準，在移動環(huán)境下實現(xiàn)寬帶數(shù)據(jù)傳輸。在寬帶移動化方面，IEEE802工作組先后制定了WLAN和WiMAX等技術(shù)規(guī)范，意圖能沿著固定、游牧/便攜、移動這樣的演進路線逐步實現(xiàn)寬帶移動化，其中IEEE802.16WiMAX是寬帶移動的重要里程碑，促進了移動寬帶的演進和發(fā)展。1.1WiMAX產(chǎn)業(yè)鏈與商業(yè)化狀況WiMAX是IEEE802.16技術(shù)在市場推廣方面采用的名稱，其物理層和MAC層技術(shù)基于在1EEE802.16工作組中開發(fā)的無線城域網(wǎng)（WMAN）技術(shù)，WiMAX也是IEEE802.16d/e技術(shù)的別稱。802.16d的商用或試驗大都基于3.5GHz頻段，規(guī)模較小。802.16e設(shè)備的正式認證工作還未開始，但是已有少數(shù)大型運營企業(yè)開始提供商用業(yè)務，如韓國SKT公司，美國的sprint公司準備2008年中開始推出移動WiMAX業(yè)務。1.2WiMAX產(chǎn)業(yè)鏈向移動WiMAX傾斜趨勢明顯WiMAX的整個產(chǎn)業(yè)鏈在近兩年迅速成長，WiMAX論壇成員數(shù)量從2004年初的46家增長到現(xiàn)在的400余家。其中，35為業(yè)務提供商，20以上為系統(tǒng)廠家和20左右為芯片廠家。這些成員大多數(shù)都對移動WiMAX非常感興趣。在Intel，三星，摩托羅拉等主要廠家的大力推動下，移動WiMAX的芯片已經(jīng)基本準備就緒，基站和終端設(shè)備也在加緊研發(fā)，移動WiMAX的整個產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)基本成熟。2007年底經(jīng)過認證的設(shè)備可以正式上市后，預計2008年移動WiMAX市場將全面啟動。從WiMAX產(chǎn)業(yè)自身來看，全球的大型電信設(shè)備廠家更加傾向于研發(fā)802.16e設(shè)備。國內(nèi)尤其是中興、華為等公司已經(jīng)基本放棄了原來研發(fā)固定WiMAX設(shè)備的計劃。第2頁1.3WiMAX寬帶移動技術(shù)的主要應用場景1.3.1固定應用場景：固定接人業(yè)務是802.16運營網(wǎng)絡中最基本的業(yè)務模型，包括用戶因特網(wǎng)接入、傳輸承載業(yè)務及Wi-Fi熱點回程等。1.3.2游牧應用場景游牧式業(yè)務是固定接人方式發(fā)展的下一個階段。終端可以從不同的接人點接入到一個運營商的網(wǎng)絡中。在每次會話連接中，用戶終端只能進行站點式的接入；在兩次不同網(wǎng)絡的接人中，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)將不被保留。在游牧式及其以后的應用場景中均支持漫游，并應具備終端電源管理功能。1.2.3便攜應用場景在這一場景下，用戶可以步行連接到網(wǎng)絡，除了進行小區(qū)切換外，連接不會發(fā)生中斷。便攜式業(yè)務在游牧式業(yè)務的基礎(chǔ)上進行了發(fā)展，從這個階段開始，終端可以在不同的基站之間進行切換。當終端靜止不動時，便攜式業(yè)務的應用模型與固定式業(yè)務和游牧式業(yè)務相同。當終端進行切換時，用戶將經(jīng)歷短時間（最長為2s）的業(yè)務中斷或者感到一些延遲。切換過程結(jié)束后，TCP/IP應用對當前IP地址進行刷新，或者重建IP地址。1.3.4簡單移動應用場景在這一場景下，用戶在使用寬帶無線接入業(yè)務中能夠步行、駕駛或者乘坐公共汽車等，但當終端移動速度達到60120km/h時，數(shù)據(jù)傳輸速度將有所下降。這是能夠在相鄰基站之間切換的第一個場景。在切換過程中，數(shù)據(jù)包的丟失將控制在一定范圍，最差的情況下，TCP/IP會話不中斷，但應用層業(yè)務可能有一定的中斷。切換完成后，QoS將重建到初始級別。簡單移動和全移動網(wǎng)絡需要支持休眠模式、空閑模式和尋呼模式。移動數(shù)據(jù)業(yè)務是移動場景（包括簡單移動和全移動）的主要應用，包括目前被業(yè)界廣泛看好的移動E、mail、流媒體、可視電話、移動游戲、移動VolP（MVolP）等業(yè)務，同時它們也是占用無線資源較多的業(yè)務。第3頁1.3.5全移動應用場景在這一場景下，用戶可以在移動速度為120km/h甚至更高的情況下無中斷地使用寬帶無線接入業(yè)務當沒有網(wǎng)絡連接時，用戶終端模塊將處于低功耗模式。1.4小結(jié)WiMAX技術(shù)在數(shù)據(jù)帶寬支持能力上的優(yōu)勢是各方都承認的，但是否能夠提供一些特色業(yè)務，目前各方都在探索中。目前，從韓國的發(fā)展來看，WiBro的建網(wǎng)成本與3G系統(tǒng)相當，但由于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)容量較大，因此相同容量下用戶的成本則較低。由于缺乏特色業(yè)務，WiBro相對于3G的高速承載能力的優(yōu)勢，目前只體現(xiàn)在低成本的用戶接入和更高的接入帶寬上，在業(yè)務類型上還沒有體現(xiàn)出優(yōu)勢。由于目前終端類型、網(wǎng)絡成熟度的限制，WiMAX初期還是作為無線接人的方式來使用，并不能提供比3G系統(tǒng)更多的業(yè)務和應用，也就是說，WiMAX是否真正具有生命力還有待市場的進一步檢驗。第4頁2總體方案設(shè)計2.1各種網(wǎng)絡技術(shù)介紹2.1.1WCDMA技術(shù)WCDMA是英文WidebandCodeDivisionMultipleAccess（寬帶碼分多址）的英文簡稱，是一種第三代無線通訊技術(shù)。W-CDMAWidebandCDMA是一種由3GPP具體制定的，基于GSMMAP核心網(wǎng)，UTRAN（UMTS陸地無線接入網(wǎng)）為無線接口的第三代移動通信系統(tǒng)。目前WCDMA有Release99、Release4、Release5、Release6等版本。目前中國聯(lián)通采用的此種3G通訊標準W-CDMA（寬帶碼分多址）是一個ITU(國際電信聯(lián)盟)標準，它是從碼寬帶碼分多址。圖2.1WCDMA技術(shù)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)第5頁WCDMA（寬帶碼分多址）以其技術(shù)優(yōu)勢成為3G的主流技術(shù)之一，并且就目前看來，將要采用WCDMA技術(shù)作為第三代通信標準的國家是最多的。HSDPA/HSUPA（高速下行上行分組接入）技術(shù)是WCDMA的增強版，可以提供更高的鏈路傳輸能力。2.1.2Wi-Fi技術(shù)全稱WirelessFidelity，又稱802.11b標準，它的最大優(yōu)點就是傳輸速度較高，可以達到11Mbps，另外它的有效距離也很長，同時也與已有的各種802.11DSSS設(shè)備兼容。今夏最流行的筆記本電腦技術(shù)迅馳技術(shù)就是基于該標準的。IEEE（美國電子和電器工程師協(xié)會）802.11b無線網(wǎng)絡規(guī)范是IEEE802.11網(wǎng)絡規(guī)范的變種，最高帶寬為11Mbps，在信號較弱或有干擾的情況下，帶寬可調(diào)整為5.5Mbps、2Mbps和1Mbps，帶寬的自動調(diào)整，有效地保障了網(wǎng)絡的穩(wěn)定性和可靠性。其主要特性為：速度快，可靠性高，在開放性區(qū)域，通訊距離可達305米，在封閉性區(qū)域，通訊距離為76米到122米，方便與現(xiàn)有的有線以太網(wǎng)絡整合，組網(wǎng)的成本更低。Wi-FiWirelessFidelity，無線保真，技術(shù)與藍牙技術(shù)一樣，同屬于在辦公室和家庭中使用的短距離無線技術(shù)。WIFI突出優(yōu)勢：其一，無線電波的覆蓋范圍廣，基于藍牙技術(shù)的電波覆蓋范圍非常小，半徑大約只有50英尺左右約合15米，而Wi-Fi的半徑則可達300英尺左右約合100米，辦公室自不用說，就是在整棟大樓中也可使用。最近，由Vivato公司推出的一款新型交換機。據(jù)悉，該款產(chǎn)品能夠把目前Wi-Fi無線網(wǎng)絡300英尺接近100米的通信距離擴大到4英里約6.5公里。其二，雖然由Wi-Fi技術(shù)傳輸?shù)臒o線通信質(zhì)量不是很好，數(shù)據(jù)安全性能比藍牙差一些，傳輸質(zhì)量也有待改進，但傳輸速度非?？?，可達11mbps，符合個人和社會信息化的需求。其三，廠商進入該領(lǐng)域的門檻比較低。廠商只要在機場、車站、咖啡店、圖書館等人員較密集的地方設(shè)置“熱點”，并通過高速線路將因特網(wǎng)接入上述場所。這樣，由于“熱點”所發(fā)射出的電波可以達到距接入點半徑數(shù)十米至100米的地方，用戶只要將支持無線LAN的筆記本電腦或PDA拿到該區(qū)域內(nèi)，即可高速接入因特網(wǎng)。也就是說，廠商不用耗費資金來進行網(wǎng)絡布線接入，從而節(jié)省了大量的成本。不足之處：目前使用的IP無線網(wǎng)絡，存在一些不足之處，如帶寬不高、覆蓋半徑小、切換時間長等，使得其不能很好地支持移動VoIP等實時性要求高的應用；并且無線網(wǎng)絡系統(tǒng)對上層業(yè)務開發(fā)不開放，使得適合IP移動環(huán)境的業(yè)務難以開發(fā)。此前定位于家庭用戶的WLAN產(chǎn)品在很多地方不能滿足運營商在網(wǎng)絡運營、維護上的要求。第6頁2.1.3WiMax技術(shù)圖2.2WiMax技術(shù)的一般構(gòu)架WiMAX是全球微波接入互通(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess)的簡稱，是一種關(guān)于標準的技術(shù)，可以替代現(xiàn)有的有線和DSL連接方式，提供固定、移動、便攜形式的無線寬帶連接，并最終能夠在不需要直接視距基站的情況下提供最后一英里的無線寬帶接入。WiMAX技術(shù)的出現(xiàn)，彌補了Wi-Fi傳輸距離短的缺陷，同Wi-F一樣，它也須要創(chuàng)建一個“熱點”，但同Wi-Fi相比，WiMAX的覆蓋范圍要大得多，其最大傳輸速度75Mbps、最大傳輸距離可達50公里，可高速實現(xiàn)遠距離傳輸。對于須要隨時隨地高速接入互聯(lián)網(wǎng)的朋友，WiMAX無疑是一種很好的技術(shù)解決方案。該技術(shù)以IEEE802.16的系列寬頻無線標準為基礎(chǔ)。一如當年對提升802.11使用率有功的Wi-Fi聯(lián)盟，WiMAX也成立了論壇，將提高大眾對寬頻潛力的認識，并力促供應商解決設(shè)備兼容問題，借此加速WiMAX技術(shù)的使用率，讓WiMAX技術(shù)成為業(yè)界使用IEEE802.16系列寬頻無線設(shè)備的標準。雖然WiMAX無法另辟新的市場目前市面已有多種寬頻無在線網(wǎng)方式，但是有助于統(tǒng)一技術(shù)的規(guī)范，有了標準化的規(guī)范，就可以以量制價，降低MSSNAPVisitedNSPASNCSNR1R2AnotherASNR8ASP網(wǎng)絡或InternetGWBSBSR8HomeNSPCSNR5R2ASP網(wǎng)絡或InternetR6R3R4R7第7頁成本，提高市場增長率。短期而言2004年，WiMAX論壇將在年底之前，著手開發(fā)認證流程，為最后一步的產(chǎn)品測試預作準備。2005年左右，大型供應商將推出擁有WiMAX認證的產(chǎn)品，多數(shù)產(chǎn)品的頻率不超過11GHz.長期而言，WiMAX將進步到可以支持最后一哩，回程、私人企業(yè)應用。2006/07年左右，WiMAX解決方案將內(nèi)建于筆記本電腦，可直接進行客戶端發(fā)送，遞送真正的便攜式無線寬頻，不需外接的客戶端設(shè)備(CPE)。WIMAX四大優(yōu)勢：優(yōu)勢之一，實現(xiàn)更遠的傳輸距離。WiMax所能實現(xiàn)的50公里的無線信號傳輸距離是無線局域網(wǎng)所不能比擬的，網(wǎng)絡覆蓋面積是3G發(fā)射塔的10倍，只要少數(shù)基站建設(shè)就能實現(xiàn)全城覆蓋，這樣就使得無線網(wǎng)絡應用的范圍大大擴展。優(yōu)勢之二，提供更高速的寬帶接入。據(jù)悉，WiMax所能提供的最高接入速度是70M，這個速度是3G所能提供的寬帶速度的30倍。對無線網(wǎng)絡來說，這的確是一個驚人的進步。優(yōu)勢之三，提