课程设计（论文）-WiMax宽带无线城域网系统的设计.doc

第1页1前言随着通信技术和新业务的部署，市场与技术的相互作用，未来通信领域一些新的特点逐渐显现出来。一方面，传统宽带固定接人用户已经不能满足于仅仅在家庭和办公室等固定环境内使用宽带业务，希望使用宽带接入移动服务。另一方面，传统的移动用户也不能满足于简单的语音、短信和低速数据业务，希望能使用更高数据速率的业务。用户需求的变化使固定宽带接人服务和移动服务在技术和业务上呈现融合的趋势，宽带移动化和移动宽带化也逐渐成为两个领域技术发展的方向，并互为补充、互相促进。在移动宽带化方面，3GPP/3GPP2已经制定了1xEV-DO，HSDPA/HSUPA等技术标准，在移动环境下实现宽带数据传输。在宽带移动化方面，IEEE802工作组先后制定了WLAN和WiMAX等技术规范，意图能沿着固定、游牧/便携、移动这样的演进路线逐步实现宽带移动化，其中IEEE802.16WiMAX是宽带移动的重要里程碑，促进了移动宽带的演进和发展。1.1WiMAX产业链与商业化状况WiMAX是IEEE802.16技术在市场推广方面采用的名称，其物理层和MAC层技术基于在1EEE802.16工作组中开发的无线城域网（WMAN）技术，WiMAX也是IEEE802.16d/e技术的别称。802.16d的商用或试验大都基于3.5GHz频段，规模较小。802.16e设备的正式认证工作还未开始，但是已有少数大型运营企业开始提供商用业务，如韩国SKT公司，美国的sprint公司准备2008年中开始推出移动WiMAX业务。1.2WiMAX产业链向移动WiMAX倾斜趋势明显WiMAX的整个产业链在近两年迅速成长，WiMAX论坛成员数量从2004年初的46家增长到现在的400余家。其中，35为业务提供商，20以上为系统厂家和20左右为芯片厂家。这些成员大多数都对移动WiMAX非常感兴趣。在Intel，三星，摩托罗拉等主要厂家的大力推动下，移动WiMAX的芯片已经基本准备就绪，基站和终端设备也在加紧研发，移动WiMAX的整个产业链已经基本成熟。2007年底经过认证的设备可以正式上市后，预计2008年移动WiMAX市场将全面启动。从WiMAX产业自身来看，全球的大型电信设备厂家更加倾向于研发802.16e设备。国内尤其是中兴、华为等公司已经基本放弃了原来研发固定WiMAX设备的计划。第2页1.3WiMAX宽带移动技术的主要应用场景1.3.1固定应用场景：固定接人业务是802.16运营网络中最基本的业务模型，包括用户因特网接入、传输承载业务及Wi-Fi热点回程等。1.3.2游牧应用场景游牧式业务是固定接人方式发展的下一个阶段。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入；在两次不同网络的接人中，传输的数据将不被保留。在游牧式及其以后的应用场景中均支持漫游，并应具备终端电源管理功能。1.2.3便携应用场景在这一场景下，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。便携式业务在游牧式业务的基础上进行了发展，从这个阶段开始，终端可以在不同的基站之间进行切换。当终端静止不动时，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（最长为2s）的业务中断或者感到一些延迟。切换过程结束后，TCP/IP应用对当前IP地址进行刷新，或者重建IP地址。1.3.4简单移动应用场景在这一场景下，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60120km/h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，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。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（包括简单移动和全移动）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VolP（MVolP）等业务，同时它们也是占用无线资源较多的业务。第3页1.3.5全移动应用场景在这一场景下，用户可以在移动速度为120km/h甚至更高的情况下无中断地使用宽带无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。1.4小结WiMAX技术在数据带宽支持能力上的优势是各方都承认的，但是否能够提供一些特色业务，目前各方都在探索中。目前，从韩国的发展来看，WiBro的建网成本与3G系统相当，但由于系统的数据容量较大，因此相同容量下用户的成本则较低。由于缺乏特色业务，WiBro相对于3G的高速承载能力的优势，目前只体现在低成本的用户接入和更高的接入带宽上，在业务类型上还没有体现出优势。由于目前终端类型、网络成熟度的限制，WiMAX初期还是作为无线接人的方式来使用，并不能提供比3G系统更多的业务和应用，也就是说，WiMAX是否真正具有生命力还有待市场的进一步检验。第4页2总体方案设计2.1各种网络技术介绍2.1.1WCDMA技术WCDMA是英文WidebandCodeDivisionMultipleAccess（宽带码分多址）的英文简称，是一种第三代无线通讯技术。W-CDMAWidebandCDMA是一种由3GPP具体制定的，基于GSMMAP核心网，UTRAN（UMTS陆地无线接入网）为无线接口的第三代移动通信系统。目前WCDMA有Release99、Release4、Release5、Release6等版本。目前中国联通采用的此种3G通讯标准W-CDMA（宽带码分多址）是一个ITU(国际电信联盟)标准，它是从码宽带码分多址。图2.1WCDMA技术的网络结构第5页WCDMA（宽带码分多址）以其技术优势成为3G的主流技术之一，并且就目前看来，将要采用WCDMA技术作为第三代通信标准的国家是最多的。HSDPA/HSUPA（高速下行上行分组接入）技术是WCDMA的增强版，可以提供更高的链路传输能力。2.1.2Wi-Fi技术全称WirelessFidelity，又称802.11b标准，它的最大优点就是传输速度较高，可以达到11Mbps，另外它的有效距离也很长，同时也与已有的各种802.11DSSS设备兼容。今夏最流行的笔记本电脑技术迅驰技术就是基于该标准的。IEEE（美国电子和电器工程师协会）802.11b无线网络规范是IEEE802.11网络规范的变种，最高带宽为11Mbps，在信号较弱或有干扰的情况下，带宽可调整为5.5Mbps、2Mbps和1Mbps，带宽的自动调整，有效地保障了网络的稳定性和可靠性。其主要特性为：速度快，可靠性高，在开放性区域，通讯距离可达305米，在封闭性区域，通讯距离为76米到122米，方便与现有的有线以太网络整合，组网的成本更低。Wi-FiWirelessFidelity，无线保真，技术与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。WIFI突出优势：其一，无线电波的覆盖范围广，基于蓝牙技术的电波覆盖范围非常小，半径大约只有50英尺左右约合15米，而Wi-Fi的半径则可达300英尺左右约合100米，办公室自不用说，就是在整栋大楼中也可使用。最近，由Vivato公司推出的一款新型交换机。据悉，该款产品能够把目前Wi-Fi无线网络300英尺接近100米的通信距离扩大到4英里约6.5公里。其二，虽然由Wi-Fi技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能比蓝牙差一些，传输质量也有待改进，但传输速度非常快，可达11mbps，符合个人和社会信息化的需求。其三，厂商进入该领域的门槛比较低。厂商只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较密集的地方设置“热点”，并通过高速线路将因特网接入上述场所。这样，由于“热点”所发射出的电波可以达到距接入点半径数十米至100米的地方，用户只要将支持无线LAN的笔记本电脑或PDA拿到该区域内，即可高速接入因特网。也就是说，厂商不用耗费资金来进行网络布线接入，从而节省了大量的成本。不足之处：目前使用的IP无线网络，存在一些不足之处，如带宽不高、覆盖半径小、切换时间长等，使得其不能很好地支持移动VoIP等实时性要求高的应用；并且无线网络系统对上层业务开发不开放，使得适合IP移动环境的业务难以开发。此前定位于家庭用户的WLAN产品在很多地方不能满足运营商在网络运营、维护上的要求。第6页2.1.3WiMax技术图2.2WiMax技术的一般构架WiMAX是全球微波接入互通(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess)的简称，是一种关于标准的技术，可以替代现有的有线和DSL连接方式，提供固定、移动、便携形式的无线宽带连接，并最终能够在不需要直接视距基站的情况下提供最后一英里的无线宽带接入。WiMAX技术的出现，弥补了Wi-Fi传输距离短的缺陷，同Wi-F一样，它也须要创建一个“热点”，但同Wi-Fi相比，WiMAX的覆盖范围要大得多，其最大传输速度75Mbps、最大传输距离可达50公里，可高速实现远距离传输。对于须要随时随地高速接入互联网的朋友，WiMAX无疑是一种很好的技术解决方案。该技术以IEEE802.16的系列宽频无线标准为基础。一如当年对提升802.11使用率有功的Wi-Fi联盟，WiMAX也成立了论坛，将提高大众对宽频潜力的认识，并力促供应商解决设备兼容问题，借此加速WiMAX技术的使用率，让WiMAX技术成为业界使用IEEE802.16系列宽频无线设备的标准。虽然WiMAX无法另辟新的市场目前市面已有多种宽频无在线网方式，但是有助于统一技术的规范，有了标准化的规范，就可以以量制价，降低MSSNAPVisitedNSPASNCSNR1R2AnotherASNR8ASP网络或InternetGWBSBSR8HomeNSPCSNR5R2ASP网络或InternetR6R3R4R7第7页成本，提高市场增长率。短期而言2004年，WiMAX论坛将在年底之前，着手开发认证流程，为最后一步的产品测试预作准备。2005年左右，大型供应商将推出拥有WiMAX认证的产品，多数产品的频率不超过11GHz.长期而言，WiMAX将进步到可以支持最后一哩，回程、私人企业应用。2006/07年左右，WiMAX解决方案将内建于笔记本电脑，可直接进行客户端发送，递送真正的便携式无线宽频，不需外接的客户端设备(CPE)。WIMAX四大优势：优势之一，实现更远的传输距离。WiMax所能实现的50公里的无线信号传输距离是无线局域网所不能比拟的，网络覆盖面积是3G发射塔的10倍，只要少数基站建设就能实现全城覆盖，这样就使得无线网络应用的范围大大扩展。优势之二，提供更高速的宽带接入。据悉，WiMax所能提供的最高接入速度是70M，这个速度是3G所能提供的宽带速度的30倍。对无线网络来说，这的确是一个惊人的进步。优势之三，提供优良的最后一公里网络接入服务。作为一种无线城域网技术，它可以将WiFi热点连接到互联网，也可作为DSL等有线接入方式的无线扩展，实现最后一公里的宽带接入。WiMax可为50公里线性区域内提供服务，用户无需线缆即可与基站建立宽带连接。优势之四，提供多媒体通信服务。由于WiMax较之WiFi具有更好的可扩展性和安全性，从而能够实现电信级的多媒体通信服务。2.2方案选择综合上述各个技术的优缺点比较，最终因为WiMax的优势和实用性，从而选择以WIMax来构建所需的城域网系统。