寬帶無線接入技術(shù)概述

1、2021/8/61寬帶無線接入寬帶無線接入(BWA)技術(shù)概述技術(shù)概述 什么是寬帶接入 寬帶無線接入技術(shù)的概念 寬帶無線接入技術(shù)特點(diǎn)及分類 寬帶無線接入技術(shù)的發(fā)展概況 小結(jié)2021/8/62寬帶接入 橋梁作用-城域/核心網(wǎng)與本地家庭/企業(yè)網(wǎng) -最后一英里或第一英里 -最后或最先一跳 關(guān)鍵因素 -部署費(fèi)用/時(shí)間，服務(wù)范圍，性能 -帶寬和用戶的可擴(kuò)展性 -應(yīng)用和帶寬相互之間的追趕 -為了鼓勵(lì)廣泛應(yīng)用，一個(gè)真正的寬帶應(yīng)用應(yīng)該能夠?yàn)樯锨€(gè)用戶提供服務(wù)，且能提供比用戶翻書或切換頻道更快的下載速度2021/8/63寬帶接入 各種可能的選擇 -有線類：光纜，電力線，DSL，同軸線 -電力線，DSL，同軸線接入

2、的好處是可以利用已經(jīng)建設(shè)的基礎(chǔ)架構(gòu)，免除了安裝開銷 -無線：802.11,802.16,802.20,802.22,衛(wèi)星，自由空間光通信 -好處：快速、靈活、按需提供 2021/8/64寬帶接入 光纖技術(shù)和無線技術(shù)是兩種相互補(bǔ)充的技術(shù) -光纖接入能為用戶提供很大的帶寬，更遠(yuǎn)距離意味著能為更多的應(yīng)用提供服務(wù) -無線接入對(duì)大量用戶接入情況下，帶寬分配具有相當(dāng)大的擴(kuò)展性，且其本質(zhì)上的廣播傳輸特別適合于移動(dòng)用戶 -衛(wèi)星接入對(duì)郊區(qū)和農(nóng)村地區(qū)，或孤立地域具有吸引力 用大投資建設(shè)LAN將終端用戶連接到主干網(wǎng) -有時(shí)有可能其費(fèi)用超過計(jì)算機(jī)軟硬件費(fèi)用 -當(dāng)在家用戶連接到服務(wù)提供商，如因特網(wǎng)或TV時(shí)，存在同樣的問

3、題 舊瓶裝新酒 -在已有的基礎(chǔ)架構(gòu)上采用新的技術(shù)2021/8/65IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)DataLinkLLCSublayerMACSublayerPhysicalNetwork 802.1Overview,ArchitectureManagementInterworking802.2 Logical Link ControlCSMA/CD802.3BroadbandWirelessAccess802.16WirelessRegionalAreaNetwork802.22WirelessPersonalAreaNetwork802.15WirelessLocalAreaNetwork802.11

4、MobileBroadbandWirelessAccess802.202021/8/66無線寬帶接入 電信網(wǎng)：公用電信網(wǎng)和用用戶駐地網(wǎng)用戶終端用戶終端接入網(wǎng)接入網(wǎng)核心網(wǎng)SNIUNIUNISNI 接入網(wǎng)：核心網(wǎng)和用戶終端，電話業(yè)務(wù)：本地交換網(wǎng)與用戶之間的連接部分，傳輸設(shè)備、服用、交叉連接和網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備 G.702:接入網(wǎng)是由業(yè)務(wù)接點(diǎn)接口（SNI）和用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）之間的一系列傳送實(shí)體（如線路設(shè)備和傳輸設(shè)備）組成的，為傳送電信業(yè)務(wù)而提供所需傳送承載能力的實(shí)際系統(tǒng)，可由Q3接口進(jìn)行配置和管理。2021/8/67無線接入 下一個(gè)無線革命，在手機(jī)（1990）和Wi-Fi(2000) -1980,1

5、970,1960是什么革命？ 被許多電信和電纜運(yùn)行商認(rèn)為是一個(gè)顛覆性技術(shù) -許多電話由于無線正在丟失他們的陣地（就象由于VOIP丟失他們的業(yè)務(wù)一樣） 無論是對(duì)固定用戶還是對(duì)移動(dòng)用戶，無線通信的廣播特征提供了無處不在且立竿見影的接入技術(shù) 不同于有線接入，大部分投資發(fā)生在用戶入網(wǎng)時(shí)候 -避免了接入網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)不能充分利用的問題2021/8/68無線接入特點(diǎn) 快速、低費(fèi)用：相對(duì)于直接安裝電纜或?qū)＞€ -該技術(shù)允許長途電信運(yùn)行商可以跳過地區(qū)服務(wù)提供商,向用戶提供服務(wù),這樣可以降低用戶費(fèi)用 允許固話服務(wù)提供商拓展他們的寬帶網(wǎng)絡(luò) -在實(shí)現(xiàn)端對(duì)端的寬帶網(wǎng)絡(luò)過程中,起到一個(gè)很重要的作用 在有線連接不切實(shí)際的場合,

6、無線接入是合理的選擇 -河流、丘陵、私人領(lǐng)地、高速路等 降低了網(wǎng)絡(luò)配置的復(fù)雜性 消除了和移動(dòng)、增加、改變相關(guān)的開銷 -免除了和布線有關(guān)的勞動(dòng)力、材料、設(shè)備費(fèi)用 -便于重新配置、增加用戶 -便于將來擴(kuò)容2021/8/69無線接入網(wǎng)分類 有線接入： -xDSL，PON（EPON、GPON）、FTTx -利用現(xiàn)有的通信資源 -帶寬很寬 -技術(shù)成熟 -缺乏靈活性、不支持移動(dòng) 無線接入：交換接點(diǎn)與用戶終端之間 -GSM、GPRS、3G；WLAN，HIPERLAN2 -網(wǎng)絡(luò)部署靈活、成本低、高靈活性 -移動(dòng)上網(wǎng)2021/8/610接入網(wǎng)分類 無線接入： 固定接入：采用蜂窩組網(wǎng) -3.5GHz無線接入 -直

7、播衛(wèi)星系統(tǒng)（DBS） -本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)（LMDS） -IEEE 802.16d寬帶無線接入 移動(dòng)接入： - IEEE 802.11 無線局域網(wǎng) WLAN - IEEE 802.15 無線個(gè)域網(wǎng) WPAN - IEEE 802.16e 無線城域網(wǎng) WMAN - IEEE 802.20 無線廣域網(wǎng) WWAN2021/8/6113.5GHz無線接入系統(tǒng) 是ITU推薦的用于固定無線接入的頻段 -多信道多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)（MMDS） -點(diǎn)到多點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（PMP） -中心站、終端站和網(wǎng)管系統(tǒng)CCSCRSRSCPNCPNTSTSTSTSTSTETETE空中接口UNISNI網(wǎng)管2021/8/6123.5GHz無線

8、接入系統(tǒng) 信產(chǎn)部無線電管理局2000年4月分配： 3.40-3.43GHz, 3.50-3.53GHz, -固定無線接入，10km,準(zhǔn)視距傳播 -中低速率，技術(shù)成熟、單用戶成本低 -支持多業(yè)務(wù)接入，中小企事業(yè)、住宅小區(qū)、無線到大樓、基站連接，中繼服務(wù)，DDN、IP電話2021/8/613直接廣播衛(wèi)星系統(tǒng) 直接廣播衛(wèi)星（DBS）系統(tǒng)使用Ku波段地球同步衛(wèi)星（12GHz/14GHz） -衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù)（BSS）、不同于衛(wèi)星節(jié)目傳輸，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（多點(diǎn)），固定衛(wèi)星業(yè)務(wù) -視像、圖文、聲音 -直接提供給用戶接收（個(gè)體或集體） -全球覆蓋性、固定廣播能力，用于提供對(duì)各種網(wǎng)絡(luò)的寬帶接入。2021/8/614直接廣

9、播衛(wèi)星系統(tǒng)智能卡機(jī)頂盒ISP反向鏈路地球同步衛(wèi)星高速前向鏈路2021/8/615本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù) LMDS工作在毫米波段（28GHz-31GHz） -固定無線通信，點(diǎn)對(duì)多點(diǎn) -視頻像、數(shù)據(jù)、話音 -直接提供給用戶接收（個(gè)體或集體） -成本低、靈活性大、組網(wǎng)容易、帶寬達(dá)1.3GHz -覆蓋范圍較?。?-5公里），受氣候影響較大2021/8/616LMDS系統(tǒng)機(jī)構(gòu)視頻服務(wù)器視頻服務(wù)器視頻服務(wù)器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器微波接口單元中心站DATAPSTN用戶單元機(jī)頂盒電視PC電話30GHz28GHz2021/8/617LMDS原理 工作頻段 集中在24GHz，26GHz，28GHz、31GHz，38GHz，80%集

10、中在27.5GHz-29.5GHz 多址方式 下行扇區(qū)TDM，上行TDMA或FDMA 調(diào)制方式 QPSK，16QAM、64QAM 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 星型和環(huán)型2021/8/618無線局域網(wǎng) 傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)的一種延伸，有時(shí)可替代 可實(shí)現(xiàn)良好的移動(dòng)性 設(shè)備安裝快速、簡單、靈活 無需布線，減少了費(fèi)用 具有多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?021/8/619IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11 第一個(gè)無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),用于解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中用戶與用戶終端的無線接入,業(yè)務(wù)主要局限于數(shù)據(jù)訪問,速率最高達(dá)到2Mbit/s,在速率和距離上不能滿足需要IEEE802.11a 工作在5.8GHz,使用OFDM調(diào)制技術(shù),支持5

11、4Mbit/s傳輸速率IEEE802.11b 工作在2.4GHz,使用CCK調(diào)制技術(shù),支持11或22Mbit/s傳輸速率IEEE802.11g 工作在2.4GHz,使用OFDM調(diào)制技術(shù),支持54Mbit/s傳輸速率,可于802.11b系統(tǒng)互連IEEE802.11i和IEEE802.11x IEEE802系列LAN的整體安全體系架構(gòu),包括認(rèn)證和密鑰管理IEEE802.11n 高速率WLAN,將WALN速率從54Mbit/s提高到108Mbit/s以上,最高可達(dá)320Mbit/s,雙頻工作模式(2.4GHz和5.8GHz),采用MIMO和OFDM技術(shù),傳輸距離可達(dá)幾公里2021/8/620WLAN

12、特點(diǎn) 安裝便捷 免除大量部線工作,僅僅需要安裝一個(gè)或多個(gè)AP,便于維護(hù)和管理 高移動(dòng)性 在無線局域網(wǎng)信號(hào)覆蓋范圍內(nèi),用戶和隨意移動(dòng),不收地理的限制,AP支持距離在300米左右,在辦公環(huán)境為10-100米. 易擴(kuò)展性 有多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和多種配置方式,可以方便地?cái)U(kuò)充用戶數(shù) 可靠性 使用與以太網(wǎng)類似的連接協(xié)議和數(shù)據(jù)報(bào)確認(rèn),提供可靠的數(shù)據(jù)傳送和網(wǎng)絡(luò)帶寬2021/8/621無線個(gè)域網(wǎng) 基于計(jì)算機(jī)通信的專用網(wǎng),用于解決同一地點(diǎn)終端與終端間的連接 特點(diǎn) 拓?fù)淠軌蜻m應(yīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性,可以獨(dú)立工作,也可以與互連網(wǎng)或蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)連接 標(biāo)準(zhǔn) IEEE802.15.1 2.4GHz,10m,1Mbit/s,1600H

13、op/s,GFSK IEEE802.15.2 定義兩種機(jī)制,與WLAN關(guān)系 IEEE802.15.3 高速WPAN的物理層和MAC層。QPSK，DQPSK，16/32/64QAM，11/22/33/44/55Mbit/s，Beacon，解決高速數(shù)碼產(chǎn)品之間的互連。 IEEE802.15.3a 擴(kuò)展了IEEE802.15.3頻段，3.1-10.6GHz IEEE802.15.4 低速WPAN的物理層和MAC層，DSSS技術(shù)，250kbit/S(2.4GHz)，20kbit/s(868-915MHz)2021/8/622無線個(gè)域網(wǎng)-藍(lán)牙技術(shù) 一種短距離無線通信技術(shù)。 2.4GHz，距離范圍一般10

14、米，但可達(dá)100米（加大功率） 1600Hop/s,1M symbol/s 支持點(diǎn)到點(diǎn)和點(diǎn)到多點(diǎn)連接，組成微微網(wǎng) 每一個(gè)藍(lán)壓設(shè)備均有一個(gè)48位地址 TDMA結(jié)構(gòu)和TDD方式2021/8/623移動(dòng)無線寬帶接入 MBWA:移動(dòng)寬帶接入,IEEE802.20 2002年3月 成立MWBA研究小組(SG) 2002年7月 成立MWBA執(zhí)行委員會(huì)研究小組(ECSG) 2002年7月 ECSG批準(zhǔn)MWBA的5項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn) 2003年1月 召開MWBA WG第一次會(huì)議2021/8/624MWBA網(wǎng)絡(luò)基本特性 完全透明支持實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)應(yīng)用,并能一直保持網(wǎng)絡(luò)連通 支持不同技術(shù)間的切換和漫游(如MBWA到WLAN)

15、支持小區(qū)間和扇區(qū)間的無縫切換 支持MAC的不同狀態(tài),能夠快速轉(zhuǎn)變 能夠?yàn)樯舷骆溌房焖俜峙渌栀Y源 支持基于策略的QoS,且同時(shí)支持IPv4和IPv6 對(duì)用戶數(shù)據(jù)速率進(jìn)行自動(dòng)化管理,根據(jù)無線環(huán)境的具體情況自動(dòng)選擇最優(yōu)的用戶數(shù)據(jù)速率 空中接口提供信令消息,以支持用戶與網(wǎng)絡(luò)雙方的相互認(rèn)證 允許與現(xiàn)有的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)協(xié)同工作,從而降低網(wǎng)絡(luò)部署成本; 空中接口的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體接口都是開放的2021/8/625MWBA網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)類型業(yè)務(wù)名稱業(yè)務(wù)類型業(yè)務(wù)名稱業(yè)務(wù)類型VoIP實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)PAD遠(yuǎn)端同步BE視頻會(huì)議實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)FTPBEWeb瀏覽交互式廣播/多播BE多媒體消息 交互式文件共享BE游戲交互式音頻流流業(yè)務(wù)WAP交

16、互式視頻流流業(yè)務(wù)IM交互式E-MAIL交互式/BE2021/8/626MWBA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 協(xié)議模型采用和IEEE 802系列系統(tǒng)相同的參考模型 系統(tǒng)模型:基于蜂窩系統(tǒng),采用混合小區(qū)結(jié)構(gòu)(微和宏小區(qū)),以適應(yīng)不同地理環(huán)境,點(diǎn)到多點(diǎn) MBWA模型包括兩個(gè)平面:數(shù)據(jù)控制平面和管理平面 純IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2021/8/627WiMAX技術(shù) WiMAX技術(shù)是BWM技術(shù)中最熱門的技術(shù) 標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)為IEEE802.16系列 面向城域，適合固定、便攜和移動(dòng)場景寬帶業(yè)務(wù)2021/8/628IEEE802.22技術(shù) 802.16a/d/e和20用于在半徑為1-5km的無線城域網(wǎng)環(huán)境建立基礎(chǔ)架構(gòu),而802.22技術(shù)的目標(biāo)是

17、提供接入半徑為100km地理范圍內(nèi)的地域級(jí)無線接入 速率可以到達(dá)ADSL或者Cable Modem水平 主要為生活在農(nóng)村地區(qū)的人提供寬帶接入業(yè)務(wù) 2004年11月 IEEE開始了802.22標(biāo)準(zhǔn)化工作 使用TV廣播頻段,即UHF/VHF,47-910MHz2021/8/629IEEE802.22網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 一個(gè)基站和多個(gè)用戶駐地設(shè)備(CPE) ;基站必須是點(diǎn)到多點(diǎn),通過使用全向天線和一個(gè)成形扇區(qū)或者自適應(yīng)天線陣列實(shí)現(xiàn)下行信號(hào)發(fā)射到用戶設(shè)備;為了實(shí)現(xiàn)共存,必須包含相應(yīng)的物理層和MAC層控制機(jī)制,允許基站基于對(duì)授權(quán)用戶的頻譜感知來動(dòng)態(tài)改變網(wǎng)絡(luò)的功率或者頻率,以避免干擾;為了解決排列或重疊覆蓋造成的問

18、題,實(shí)現(xiàn)更好的共享頻譜,系統(tǒng)還必須包含各基站之間的協(xié)調(diào)機(jī)制。2021/8/630IEEE802.22物理層 主要基于802.16的固定寬帶接入標(biāo)準(zhǔn),主要差別在于使用頻段以及所支持的信道數(shù)量 802.22工作頻段為TV廣播頻段,即UHF/VHF, 47-910MHz 頻道帶寬:6,7,8MHz 支持TDD和FDD兩種雙工方式 速據(jù)速率: 6MHz帶寬23Mbps (2-3)*6MHz帶寬71Mbps(綁定) 調(diào)制方式:OFDM 用戶容量:100/小區(qū) 或采用部分頻道技術(shù),如1-8MHz,這樣可以和如無線話筒共享一個(gè)頻段,避免干擾和串話2021/8/631IEEE802.22物理層 傳輸方式:自適

19、應(yīng)OFDM, 1024或2048個(gè)子信道,具有更好的抗干擾和外部影響. 調(diào)制方式:BPSK到64QAM,具備動(dòng)態(tài)適應(yīng)信道變化的情況. 編碼:卷積碼(強(qiáng)制性的),LDPC和Turbo Coding(可選) 高級(jí)傳輸控制機(jī)制:支持STBC,AAS,MIMO和SDMA2021/8/632IEEE802.22 MAC層 大部分特征和IEEE802.16e相同,如支持具有QoS功能的Diffserv,以及全OFDM幀結(jié)構(gòu). 連接建立和成幀:通過在每一個(gè)OFDM幀頭發(fā)送先導(dǎo)碼來識(shí)別出IEEE802.22基站;一但用戶定位出了IEEE802.22基站,該用戶通過在每一個(gè)幀的開始部分加入基于競爭連接配置的消息

20、完成認(rèn)證和連接配置. 數(shù)據(jù)傳送:IEEE802.22中的數(shù)據(jù)通過與IEEE802.16e類似的OFDM幀發(fā)送,BS控制所有下行鏈路數(shù)據(jù)的發(fā)送,而用戶發(fā)送數(shù)據(jù)之前,必須向BS請(qǐng)求上行時(shí)隙.不同點(diǎn)是要考慮重疊探測(cè)和信道綁定.一但使用綁定,就要使用超級(jí)幀頭部,以便向用戶表明他們應(yīng)該使用哪些頻道來發(fā)送數(shù)據(jù).2021/8/633IEEE802.22 MAC層 感知和檢測(cè):A.采用帶內(nèi)感知和帶外感知兩種方法. 帶外測(cè)量對(duì)應(yīng)于其他所有未受影響的信道,帶內(nèi)測(cè)量涉及基站用于同用戶設(shè)備通信的信道以及受該通信影響的鄰近信道。在帶內(nèi)測(cè)量時(shí),基站必須停止信道中的一切數(shù)據(jù)傳送，而在帶外測(cè)量中不需要。 B.需要通過基站的動(dòng)

21、態(tài)控制在較低的信噪比下以非相干的方式感知信號(hào),從而確定主用戶的存在. C.使用智能綜合算法將感知任務(wù)分配到各個(gè)用戶設(shè)備,一旦得到足夠感知數(shù)據(jù), 基站通過將它們進(jìn)行綜合,獲得整個(gè)小區(qū)的頻譜占用圖,并采取適當(dāng)?shù)牟襟E改變相關(guān)的用戶設(shè)備的操作參數(shù),如操作頻率和功率等級(jí),解決潛在干擾問題 D.綜合了頻譜管理功能，比如切換信道、掛起/重啟信道傳輸、終止/重啟信道操作等，以保證主用戶業(yè)務(wù)得到保護(hù)和實(shí)現(xiàn)有效共存。 2021/8/634IEEE802.22 MAC層 QoS支持:類似也IEEE802.16e標(biāo)準(zhǔn) 流分類:支持UGS,rtPS,nrtPS,BE 端到端:Diffserv和RSVP 安全性:類似也IEEE802.16e標(biāo)準(zhǔn),支持認(rèn)證,授權(quán),信息完整性以及數(shù)據(jù)加密等2021/8/635IEEE無線連網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)分類和覆蓋區(qū)域2021/8/636三種寬帶無線接入標(biāo)準(zhǔn)特征比較目標(biāo)市場目標(biāo)市場使用頻率使用頻率數(shù)據(jù)速率數(shù)據(jù)速率頻譜效率頻譜效率特殊考慮特殊考慮基站覆蓋基站覆蓋802.16企業(yè)固定無線接入10-66GHz授權(quán)頻段75Mbps0.5-4.5bps/HzLOS50km4km802.16d商業(yè)固定無線接入2-11GHz授權(quán)/免頻段75Mbps0.5-4.5bps/Hz50km4km802.16e商業(yè)半移動(dòng)無線接入2-11GHz授權(quán)/免頻段75Mbps500k/m0.5-4.5bps/Hz