无线宽带接入技术.ppt

1、接入网技术,接入网技术,第9章 无线宽带接入技术,接入网技术,多种宽带无线接入（BWA ：broadband wireless access）技术正在蓬勃发展 需求牵引、技术推动 标准化活动十分活跃 IEEE 802委员会对BWA展开全线标准化活动 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3G 卫星接入技术,接入网技术,固定无线接入网概述,概念 无线接入：用户终端到网络节点之间的传输设施，部分或全部采用

2、无线传输 固定无线接入：用户终端位置基本固定的无线接入 特点 用户终端不具备移动性 对某一特定地域的固定用户提供接入 没有越区切换和漫游的功能 工作频率高，在微波波段 提供高的传输容量和多业务,接入网技术,典型的固定无线接入技术 本地多点分配业务LMDS(Local Multipoint Distribution Service） 号称“无线光纤” 覆盖3-5km，向密集小区或大厦提供高速无线接入 多路多点分配业务MMDS（Multichannel Multipoint Distribution Service） 覆盖约50km，向城郊的分散用户提供无线接入 高轨卫星接入 覆盖广阔的地域，为偏

3、远地区的用户提供无线接入 最新技术 802.16,接入网技术,9.1 本地多点分配业务LMDS,LMDS：Local Multipoint Distribution Service 本地多点分配业务 采用点到多点微波传输技术 传输频段：微波范围 20GHz40GHz 带宽：1.3GHz，享有“无线光纤”之称 覆盖：35km（单基站覆盖半径） 多址方式：FDMA、TDMA 调制方式：QPSK、16QAM、64QAM 通信速率：n64Kbps155Mbps 支持业务：话音、数据、视频、多媒体综合业务,接入网技术,LMDS系统结构,系统结构：是一种蜂窝通信结构 将提供业务的地区划分为若干服务区 每个

4、服务区内设立基站作为中心站 基站通过点到多点无线链路与区内终端站通信 基站不提供跨服务小区用户的切换 系统组成：终端站、基站 基站位于服务区中央，覆盖服务区用户 基站上联LMDS中心局、再连接到业务网 点对多点无线链路 上行信道：多用户共享，需要MAC机制,LMDS 中心局,PSTN,Internet,传输 骨干网,接入网技术,接入网技术,中心站 中心站设备在逻辑上分为中心控制站和中心射频站两部分。 中心控制站包括调制解调设备、MAC卡及网络-网络接口板等。其中MAC卡主要用来发送接收终端站的相关业务请求。 中心控制站提供与中频电缆相连的接口，并通过中频电缆连接中心射频站。 中心射频站可采用全

5、向天线进行覆盖，也可采用扇区天线进行扇区化覆盖，增加系统容量 中心站设备主要提供LMDS系统至核心网络的接口，完成信号在核心网络与无线传输之间的转换，并负责无线资源的管理，中心站将用户数据送入骨干网络，完成所需的话音交换、ATM交换和IP交换等处理。,接入网技术,终端站 终端站设备放在最靠近用户一侧，负责将用户通过无线方式连接至中心站并与骨干网相连，它可以提供多种业务接口，通常有E1、POTS，10/100Base-T、FR、ATM、ISDN、N64kbit/s等，可支持多种应用。 终端站设备的配置一般说来都包括室外单元部分及室内单位部分。 室外单元部分含有定向天线、微波收发设备； 室内单元部

6、分包括调制解调模块和与用户室内设备相连的接口模块等。 室外单元可以支持多个室内单元工作，这样在用户数量较多时可以提高设备的利用率，降低用户侧的设备成本。 终端站设备通过TDM与FDM广播方式在中心站到终端站的下行链路上接收由中心站传送来的数据信息；在终端站到中心站的上行链路上利用TDMA和FDMA方式共享整个扇区带宽所发送的用户信息。,接入网技术,网管系统 LMDS系统的实现多基于传输控制协议/网际协议（TCP/IP）的简单网络管理协议（SNMP）。 网络管理系统（NMS）又称网络运营系统（NDS），主要负责管理多个区域内的用户网络，负责完成系统分配、性能分析，安全管理等功能，多个网络运营系统

7、可通过通信网络进行互联。,接入网技术,LMDS系统结构终端站接入,一个LMDS终端站可为多个用户终端提供业务 如一幢楼的所有用户终端 终端设备含：天线、收发信机、网络接口单元NIU,网络接口单元,收发信机,HUB,P BX,终端设备,中心站,空中接口,PSTN,ATM,IP,E1,POST,10Base-T,ATM,终端站,接入示意图,接入网技术,LMDS的主要技术要点,调制方式 QPSK（四相相移键控）， 16QAM（正交振幅调制）， 64QAM 采用16QAM或者64QAM等高阶调制方式可以有效的扩大系统的容量 ,但是调制技术越复杂，则在相同条件下覆盖的范围越小,接入网技术,多址方式 LM

8、DS下行主要采用TDM（时分复用）的方式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 而基站设备主要以TDMA和FMDA中的一种接收来自本扇区内多个远端用户的信号 如果采用TDMA方式，则若干远端站可以在相同频段的不同时隙向基站发射信号。这种方式对支持突发型的数据业务，比如Internet接入应用比较有优势。 如果采用FDMA方式，则相同扇区中不同远端在不同频段上向基站发射信号，彼此互不干扰。由于这种方式远端需长期占用频率资源，因而对于租用线业务比较有利,接入网技术,工作频段 一般为10GHz40GHz 目前世界上不少国家都规划了LMDS的应用频段。,接入网技术,LMDS

9、技术特点,集中控制，便于用户接入管理（基站控制） 上下行不对称 下行带宽为1GHz，上行为300MHz 提供QoS保证，根据业务QoS，申请并分配带宽 双工通信：FDDTDD 多路访问：TDM/TDMA、FDM/FDMA 系统容量大：带宽大（1.3GHz），提供容量大 可扩容性强： 可增加每个扇区的载波数（最多可容纳5个载频） 可增加扇区的数量，最多可划分24个扇区,接入网技术,中国的LMDS技术,系统技术标准制定单位：信息产业部 接入网技术要求：26GHz本地多点分配系统(LMDS) 频率分配 无线电管理委员会：2001652号 关于发布26GHz频段FDD方式本地多点分配业务（LMDS）频

10、率规划的通知 下行频率：24.50725.515GHz，带宽1.008GHz 上行频率：25.75726.765GHz，带宽1.008GHz 信道带宽：28MHz、14MHz、7MHz、3.5MHz FDD双工间隔：1.250GHz,接入网技术,LMDS系统局限性,频段为2040GHz，各个国家根据情况制定 服务区覆盖范围较小，小区半径一般在5Km左右 要求视距传输 受雨衰影响大 技术实现成本相对较高 没有被广泛接受的标准，发展受挫 各家产品很难互联互通 制约了规模发展,接入网技术,无线接入是一种自由的接入方式。 属于LMDS使用的工作频段是5MHz42MHz 。 LMDS可以超视距传输。 固

11、定无线接入是指_位置基本固定、不具备移动性的无线接入。 LMDS是一种_、双向、无线、宽带接入技术，采用_微波传输技术。 LMDS下行信道采用_通信，各用户站接收符合自己地址的信息；上行信道为_，必须遵守一定的协议实现对信道的访问。 无线接入技术与有线相比较有哪些优缺点？,接入网技术,9.2 多路多点分配业务,多路多点分配业务（MMDS） 是一种点对多点分布、提供宽带接入业务的无线接入技术 工作频段主要集中在2GHz5GHz 受雨衰的影响比较小 在同等条件下空间传输损耗较LMDS低，所以MMDS频段可应用于半径为几十km的大范围覆盖。 适用于用户分布很分散的情况 MMDS最初用于传输单向电视和

12、网络广播 ，现在也支持双向的数据业务。,接入网技术,接入网技术,MMDS系统结构,MMDS的系统构成与LMDS相似，一般由基站、用户站和网络管理系统组成 一个数字MMDS系统主要由MMDS发射机、发射天线、接收天线和机顶盒等设备组成。 MMDS发射机 主要任务：将输入的视频、音频盒数据信号，经数字压缩机、数字复接盒QAM调制，再经过上变频器后输出MMDS微波信号 单频道发射机包括中频数字调制器、上变频器、功放、电源、控制单元等。一般采用室内型，便于维护。 宽带发射机包括数字射频调制器、混合器、上变频器、功放、电源、控制单元等.宽带发射机则采用室外型放置，节省较昂贵的波导馈管。,接入网技术,天线

13、 数字MMDS发射天线即基站天线，MMDS发射天线发射功率一般为500W、800W，覆盖范围可达40km50km MMDS接收天线即用户站天线，可采样较简单的屋顶天线 降频器 即降频变换器，它将数字MMDS信号变换成射频（RF）数字信号 多点本振 机顶盒 接收解码器（或解扰器）：将数字MMDS的下变频器输出的RF数字信号转换成模拟电视机可以接收的信号,接入网技术,基站侧可提供100BASE-T接口、STM-1/OC-1接口或V5接口与核心网相连 终端侧可提供E1、POTS、10Base-T、FR、ATM、ISDN、N64kbit/s等，可支持多种应用。,接入网技术,接入网技术,MMDS主要技术

14、,调制技术 QPSK、16QAM、64QAM 正交频分复用（OFDM） 将频带划分成多个子载波，每个子载波单独调制 特别之处 相邻子载波正交，因此不同子载波可使用相同的频率 不仅抗干扰能力强，还大大提高频谱的利用率 每个子载波可根据情况采用不同的调制方式 QPSK、16QAM或64QAM 多址技术 TDMA、FDMA,接入网技术,无线频谱规划 目前在国际标准中MMDS工作频段为2.5GHz2.7GHz，带宽为200MHz，传输24个频道节目 中国：MMDS的工作频段为2.535GHz2.599GHz，只有64MHz带宽 组网技术 视距传播，支持多扇区组网方式 一般情况下采用单基站系统、点到多点

15、应用形式,接入网技术,LMDS 与MMDS 都是微波技术，视距传输 在容量上、传播距离上各有优劣势 MMDS系统适合于用户分布较分散而业务需求不大的用户业务群；LMDS系统适合于用户分布集中、业务需求量大的用户群 在成本上，MMDS低于LMDS,接入网技术,9.3 无线局域网,无线局域网WLAN的功能 为小范围内固定或移动站点提供无线数据通信服务 标准机构及组织 IEEE802.11工作组 WiFi联盟 技术标准 IEEE802.11系列 网络结构 Ad-hoc（无中心） AP（有中心） MAC协议 CSMA/CA协议 频段 2.4GHz（ISM频段），5GHz 无线环境恶劣，存在诸多问题很难

16、解决,接入网技术,IEEE802.11标准,1990年IEEE802委员会成立IEEE802.11工作组 1997年6月公布标准 现行标准是IEEE802.11-1999 IEEE802.11标准全称 无线局域网介质访问控制和物理层规范 Wireless LAN Medium Access Control and Physical Layer Specifications 标准包含的内容包括 基本的组网方式及结构 协议参考模型 MAC层协议、数据格式与数据传输 物理层技术 用户认证与信息安全,接入网技术,802.11主要标准 IEEE std 802.11-1997发布，2Mbps2.4GHz

17、 IEEE 802.11， 1999 Edition IEEE 802.11a-1999 : 54Mbps 5GHz IEEE 802.11b-1999 : 11Mbps2.4GHz IEEE 802.11g-2003 : 54Mbps2.4GHz IEEE 802.11i-2004 ，MAC的安全性增强 正在发展： IEEE 802.11e : MAC的QoS增强 开始研究 IEEE 802.11s : 无线Mesh网,接入网技术,接入网技术,IEEE802.11的参考模型,MAC子层 物理层，进一步分为两个子层 PLCP: Physical Layer Convergence Proced

18、ure 物理层汇聚子层 PMD :Physical Medium Dependent 物理介质相关子层,接入网技术,MAC子层功能,访问控制 标准定义了两种访问方式 分布式协调功能DCF，站点之间通信基于竞争协议CSMA/CA 点协调功能 PCF，是一种集中控制方式，站点之间的通信基于轮询的方式，一种无竞争的方式 关联 站点之间相互确定网络通信参数，建立通信关系 认证与加密 帧的分段与重装 无线信道易受干扰，短帧有利于提供传输的成功率 分段功能是802.11的一个可选项,接入网技术,WLAN的网络结构,无中心对等结构（adhoc）所有移动站点都处于平等地位 无中心站，所有站点间可直接通信无需中

19、继 所有站点共享同一信道，竞争同一信道 不便于采用定向天线 用户增加时，冲突厉害 适合用户少且范围小的组网,接入网技术,WLAN的网络结构,有中心AP接入结构所有移动站点通过中心站点(AP)接入 一般AP位置不动，实现站点的接入和到有线网的桥接 不考虑移动站点之间的直接通信 只考虑各站点与AP之间的直接通信 无线站点之间、无线站点到互联用户的通信都需通过AP转发 有中心的结构便于对用户的接入管理，更适合作WLAN接入网的结构,AP,f,Internet,接入网技术,BSS Basic Service Set ,基本服务组 BSS是一个基本的WLAN的单元网络 为一组站点提供通信服务 在一个BS

20、S内，各站点可直接通信（对等），或只能通过一跳中继实现站点之间的通信（AP) 每个BSS都有一个ID，称为BSSID 不同的BSS之间的站点不能直接通信,接入网技术,ESS ESS: Extended Service Set ，扩展服务组 多个BSS通过一个分布系统（DS）相连构成一个ESS（每个BSS内有一个AP，用于连接DS及控制BSS内站点的接入） ESS有一个ID，称为ESSID（与BSSID统称为SSID）。同一个ESS的站点可以在不同的BSS之间切换,接入网技术,无线网卡 是终端无线网络的设备，是无线局域网的无线覆盖下通过无线连接网络进行上网使用的无线终端设备。 按照设备接口的差异

21、可分为：PCI无线网卡、PCMCIA无线网卡、USB无线网卡。 CISCO AIR-CB21AG-A-K9 无线网卡笔记本无线网卡/IEEE 802.11a/b/g 最大数据传输率：54Mbps 有效工作距离： 300 m 支持系统 ：Windows XP and Windows 2000,接入网技术,无线AP： 在访问接入点覆盖范围内的无线工作站可以通过它进行相互通信。通俗的讲，无线AP是无线网和有线网之间沟通的桥梁。 单纯型AP和扩展型AP 单纯型AP的功能相对来比较简单缺少路由功能，只能相当无线集线器； 而扩展型AP也就是市场上的无线路由器，由于它功能比较全面，大多数扩展型AP不但具有路

22、由交换功能还有DHCP、网络防火墙等功能。,接入网技术,TP-LINK WA200+ 无线接入器无线接入点/RJ-45端口 网络标准 ：IEEE802.11b，IEEE802.3 数据传输率：22 Mbps 有效工作距离： 室内距离最远120米；室外距离最远350米 频率范围 ：242.4835GHz 安全性能 ：64/128/256位WEP加密,接入网技术,WLAN用户接入控制与管理,IEEE802.1xRADIUS AP支持802.1x协议，且AP具有RADIUS客户端功能 站点安装802.1x客户端功能 AP接收用户的认证请求，并向RADIUS服务器发出认证请求 对认证通过的用户，AP提

23、供接入，否则拒绝其接入,DS,AP2,BSS1,BSS2,ESS,RADIUS服务器,接入网技术,WLAN主要技术,扩频技术 调频扩频（FHSS） 直接序列扩频（DSSS） 安全技术覆盖与天线技术 热点覆盖 无线漫游技术 WLAN接入网内部，站点的移动类型： 不移动：固定站点，或仅在BSS内移动 BSS移动：在一个ESS内的不同BSS之间移动,接入网技术,工作频段 中国,中国频谱管理 2.42.4835GHz，带宽：83.5MHz 信部无 2001 653号、信部无 2002 353号 发射功率：100/500 mW 5.7255.850 GHz，带宽：125MHz 信部无2002277号 发

24、射功率：500 mW,接入网技术,WLAN的应用,WLAN接入应用的方式 WLAN的应用场合,接入网技术,WLAN接入应用的方式,基于AP的链路级接入 用户的接入完全由AP控制 APMaster；用户client 可以使用802.1X进行用户身份认证 AP工作在链路层，不具有IP层的某些服务功能,接入网技术,WLAN接入应用的方式（续）,接入网技术,WLAN接入应用的方式（续）,一般不采用对等方式做接入 无线链路上各节点的实体在协议上是均等的 无线节点间存在直接通信方式 对AP的功能可以进一步加强 AP具有网络层功能 AP上实现DHCP、NAT等功能,接入网技术,WLAN应用：网络级接入,基于

25、AP的网络级接入 AP具有网络层功能 结合无线路由器和AP的功能 无线节点间不存在直接通信方式,AP,Router,无线站点,AP,Internet,互联网用户,接入网技术,WLAN的应用场合,主要应用的场合 不需布线、快速组网、移动范围有限的无线数据通信的场合 如：酒店、机场、会展、校园等,接入网技术,WLAN工作在_ GHz 和_GHz频段。 无线局域网采用的标准规范是由_制定的_ WLAN的拓朴结构有_和_两种。其中，适合作为接入网的拓扑结构是_。 BSS、ESS的基本含义是什么,接入网技术,蓝牙技术,蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般是10m之内）的无线电技术。能在包括移动电话、个人数

26、字助理（PDA） 、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。 蓝牙的标准是IEEE802.15，工作在2.4GHz 频带，共79个频道，相邻频道间隔1 MHz；蓝牙最基本的网络组成是微微网，由一个主设备单元(发起链接的设备)和多至7个从设备单元构成，能提供1 Mb/s的数据速率。 主要特点有： 能够随时随地用无线接口来代替有线电缆连接。 具备很强的移植性，可应用于多种通信场合，如WAP，GSM，DECT等，引入身份识别后能够灵活实现漫游。 功耗低，对人体危害小。 蓝牙集成电路应用简单，成本低廉，实现容易，便于推广。,接入网技术,蓝牙系统一般由以下4个功能单元组成： 天线单

27、元 蓝牙要求其天线部分体积十分小巧、重量轻，因此蓝牙天线属于微带天线。 链路控制（固件）单元 主要包括连接控制器、基带处理器、射频发送接收器和单独调谐元件等 基带处理器采用前向纠错（FEC）方案 链路管理（软件）单元 主要包括链路数据设置、鉴权和链路硬件配置等 蓝牙软件（协议）单元 是一个独立的操作系统,接入网技术,9.4 第3代移动通信系统,无线广域网WWAN(Wireless Wide Area Neteork） 广域的概念 小至一个城市，大至大至一个国家，乃至整个地球范围 无线广域接入 用户终端用一个身份或帐号在广域范围和快速移动下的无线接入 包含两方面的含义： 快速移动下随时随地的接入

28、 快速移动下通信的连续性（动中通） 基本特点 终端在大范围内快速移动 支持切换和漫游 实现时需要借助于基础网络 接入速率目前还不高,接入网技术,WWAN与WLAN的对比理解 WWAN: 广域范围 实现需要借助于基础网络，因此也受限于基础网络 速率不高，目前为100kbps左右，近期目标2Mbps 接入自由、灵活 WLAN 局域范围（100m左右） 实现不需借助于基础网络 速率较高，目前达54Mbps，下一步目标500Mbps 接入的方便程度不如WWAN,接入网技术,无线广域接入的基本结构,有中心的结构，一般包括： 移动终端和中心站，还有网络交换和管理设施 每个中心站覆盖一定的区域，负责所辖用户

29、接入 中心站之间通过网络互连，可相互通信 移动终端可以在任何中心站的覆盖区接入 实现自动切换和漫游,接入网技术,根据接入中心转发站的类型不同，分为： “陆基” 和 “空基”无线广域接入 “陆基”无线广域接入 基于陆地移动通信系统的接入 采用交叠蜂窝结构 每个蜂窝一个基站，位置固定，每基站负责所辖用户的接入 基站之间通过网络互连，实现互连互通 用户可自由在有基站覆盖的地方接入和移动 建设有的放矢，适合密集用户区 典型的接入系统如： 基于GSM的接入系统 基于CDMA的接入系统 “空基”无线广域接入 基于移动卫星系统的接入,接入网技术,陆地无线广域数据通信系统 移动通信网络的发展,模拟、窄带系统

30、频分双工 话音 电路交换AMPS系统（美国）1G目前已被淘汰,数字、窄带系统 频分双工 话音、低速数据 电路交换GSM IS-95(基于CDMA)2G目前正在使用,数字、宽带系统 频分双工、时分双工 话音、数据、多媒体 分组交换第一阶段已运行 真正的3G即将投入使用,接入网技术,GPRS:General Packet Radio Service 通用分组无线业务 一种叠加在GSM系统上的无线分组技术 是GSM走向3G前的过渡技术 GSM是电路交换网络，分组业务效率低 GPRS是分组交换网络，分组业务效率高 在GSM网络上增加必要分组设备提供分组业务 GSM网络提供的移动话音业务保留 GPRS与

31、GSM共享无线资源 移动话音业务与移动分组数据业务共存,接入网技术,GPRS网络结构,IP、X.25网等,GPRS网络,BSC,MSC/VLR,PCU,SGSN,分组数据网 （PDP网）,HLR,AUC,EIR,PSTN,SGSN,GGSN,GGSN,其他GPRS网络,接入网技术,GPRS服务支持节点SGSN（Serving GPRS Support Node）对GPRS用户接入控制与管理 用户认证和鉴权 将MS接入GPRS网络 用户进行移动性管理 . GPRS网关支持节点GGSN（Gateway GPRS Support Node）是GPRS的网关，类似路由器 连接外部分组数据网络 将GPR

32、S网络的MS接入到外部网络（网关） 为GPRS用户分配IP地址 分组控制单元PCU（Packet Control Unit）负责完成GPRS空中信道的控制功能,接入网技术,GPRS资源分配与数话同传 GPRS业务占用信道的特点 可为个GPRS的MS分配多个时隙 或多个GPRS的MS可同时共享个时隙 MS只有在传输时才占用信道 为GPRS指定物理信道 在原有GSM信道中专门拿出部分时隙用于GPRS 占用了GSM的信道，会影响GSM用户的容量 与GSM共享物理信道 不专门设置GPRS信道，而是与GSM共享 通常情况话音优先 无话音业务时占用信道，尽力做到不影响GSM业务，但GPRS的实际速率不高,

33、接入网技术,GPRS的数据传输 传输前的准备 SGSN对GPRS用户的身份认证 建立MS与SGSN的唯一连接，接入到GPRS网络 GGSN对GPRS用户的身份认证 通过GGSN为MS分配一个PDP地址（如IP地址） 注：MS地址可动态分配也可静态分配 建立MS与GGSN的逻辑连接 与外部网络（如Internet）通信 每个MS都有一个IP地址（一般为内部的） GGSN为一个网关 负责提供MS到Internet的接入 负责完成内部地址到公共IP地址的映射 负责MS到Internet数据的路由与转发,接入网技术,3G技术,技术特征 频谱采用3GHz范围的多个频段 采用分组交换技术 提供数据、话音、图像等综合业务 速率：固定或慢速移动时2Mb/s，快速移动时384kb/s 双工方式：FDD、TDD 与各种网络互连互通 全球漫游 采用多种新技术，提供高质量的通信服务 智能天线技术 快速无线IP技术 反向功率控制技术 软件无线电技术,接入网技术,典型标准： W-CDMA CDMA-2000 TD-SCDMA,接入网技术,无线广域接入的特点是终端在大范围内快速移动，实现时需要借助于基础网络。 GPRS技术是一种叠加在_系统上的_技术。 3G技术的典型标准有_，_，_。 3G的技术特征有哪些？,