几种无线接入技术简介.doc

目 录1宽带无线接入技术12 蓝牙技术（Bluetooth）.32.1 蓝牙技术简介.32.2 蓝牙技术的特点.42.3 蓝牙系统网络结构.42.4 蓝牙协议模型.52.5蓝牙技术面临的问题及展望.53 HomeRF技术64 ZigBee.64.1 ZigBee技术简介.64.2 ZigBee协议构架.64.3 ZigBee技术优势75 Wi-Fi技术.75.1 Wi-Fi的简介.75.2 Wi-Fi的特点.85.3 Wi-Fi的发展进程.86 WiMAX技术.96.1 WiMAX的简介.96.2 WiMAX的体系结构106.3 WiMAX的协议体系结构116.4 MAC介质访问控制子层协.116.5 802.16系列标准.126.6 WiMAX 应用比较分析.136.7 IEEE802.16d/e信道编码.146.8 面临的问题及展望.167 McWiLL技术177.1 McWiLL技术简介.177.2 系统介绍177.3 系统指标.187.4关键技术.187.5 系统的优势.197.6 McWiLL与WiMAX的比较.207.7 面临的问题及展望.218 iBurst技术.219 UWB技术.219.1 UWB技术的简介.219.2 UWB的特点.229.3 UWB与其他无线通信技术的比较.239.4 超宽带通信中的信道编码技术249.5 UWB的应用2510 仿真软件的介绍2510.1 MATLAB仿真软件2510.2网络仿真软件.27通信与网络技术1 宽带无线接入技术1.1 宽带无线接入概念从整个电信网角度看，可以将电信网划分为公众网和用户驻地网两部分。其中用户驻地网属于用户所有，因此通常所说的电信网指的是公众电信网。公众电信网又可以分为长途网、中继网和接入网三部分，其中，长途网和中继网可以合并称为核心网。接入网示意图如图所示，接入网介于用户终端和核心网之间。就电话业务而言，接入网就是本地交换机和用户之间的连接部分。根据传输方式的不同，接入网可以分为有线接入网和无线接入网两种。对于无线接入网，按照空中接口承载业务带宽的大小，又可以进一步分为宽带无线接入网和窄带无线接入网。宽带无线接入(Broadband Wireless Access，BWA)是指从交换节点到用户终端采用无线通信，并能实现宽带业务接入的技术，它实际上是核心网络的无线延伸。1.2 几种现有宽带无线接入技术Bluetooth(蓝牙)蓝牙技术作为一种正在迅猛发展的短距离无线连接技术，用于在小范围内实现各个办公或商用设备之间的短信息发送、文件传输、信息同步、信息传真、因特网接入等语音和数据通信业务。它是一种低功耗的无线通信技术，能取代现有的PC、打印机、传真机和移动电话等设备上的有线接口。蓝牙技术自诞生之日起，其出发点就立足于解决小型移动设备间的短距离、低功耗的无线互连问题，因此它的通信距离有限，一般情况下，蓝牙设备传输的覆盖范围为直径10米，但通过增加发射功率，其传输覆盖范围可以达到100米左右。HomeRF在美国联邦通信委员会FCC(Federal Communications Commission)正式批准HomeRF标准之前，HomeRF工作组于1998年为在家庭范围内实现语音和数据的无线通信制订出一个规范，即共享无线访问协议SWAP(Share Wireless Access Protocol)。该协议主要针对家庭无线局域网，其数据通信采用简化的IEEE802.11协议标准。之后，HomeRF工作组又制定了HomeRF标准，用于实现PC机和用户电子设备之间的无线数字通信，是IEEE802.11与泛欧数字无绳电话标准DECT(Digital European Cordless Telephone)相结合的一种开放标准。HomeRF标准采用扩频技术，工作在2.4GHz频带，可同步支持4条高质量语音信道并且具有低功耗的优点，适合用于笔记本电脑。ZigBeeZigBee 是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术；ZigBee 采取了 IEEE 802.15.4强有力的无线物理层所规定的全部优点 ：省电、简单、成本又低的规格；ZigBee增加了逻辑网络、网络安全和应用层；ZigBee 的主要应用领域包括无线数据采集、无线工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、家庭和楼宇自动化、医用设备控制、远程网络控制等场合；ZigBee 无线 可使用的频段有 3 个，分别是 2.4GHz 的 ISM 频段、欧洲的 868MHz 频段、以及美国的 915MHz 频段，而不同频段可使用的信道分别是 16、1、10个，在中国采用2.4G频段，是免申请和免使用费的频率。Wi-FiWi-Fi(wireless Fidelity-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无线局域网通信技术。相对于蓝牙技术十几米左右的电波覆盖范围，Wi-Fi根据产品性能以及传播环境的不同可以覆盖几十米至几百米的范围。该技术是基于IEEE802.11标准的无线通信技术，目前正在使用的通信标准为IEEE802.lla、IEEE822.llb和IEEE802.11g。从502.11g标准的发展情况来看，未来的WLAN技术标准还将不断演进，高带宽将是最主要的发展方向，下一代WLAN网络的传输速率可以达到540Mbps。该技术由于其自身的优点，受到了广大厂商的青睐。目前机场、车站、宾馆、饭店、图书馆等人员密集的地方己经部署了大量的WLAN热点(Hotspot)，为用户提供高速便捷的因特网接入。同时，Wi-Fi技术已经被许多国际性大都市认可，用于全城的无线接入建设。为了推广IEEE802.11标准，国际上成立了Wi-Fi联盟，旨在保证不同设备商的IEEE802.11产品的兼容性和互操作性。如今，Wi-Fi和WLAN(无线局域网)、IEEE802.11几乎成了同义词，都是同一个意思的不同表达方式。WiMAXWiMAX全名是“worldwide Interoperability for Microwave Access”，中文译为“微波存取全球互通”，是一项新兴的无线通信技术，能提供面向互联网的高速连接。无论在传输距离、数据传输速度、建网成本方面都是一种业界认可的理想的宽带无线接入解决方案。该技术是基于IEEE802.16标准的城域无线宽带接入技术，该标准可以应用于2-11GHz非视距(NLOS)传输和1066GHz视距(LOS)传输，具有代表性的标准包括802.16a/d固定无线接入和802.16e移动无线接入标准。按照目前的技术发展情况，802.16a/d主要定位于企业用户，提供长距离传输的手段，而IEEE802.16e的用户群则定位于个人用户，支持用户在移动状态下宽带接入网络，为了支持移动特性，在IEEE802.16d的基础上加入了切换、QoS、安全等新的特性。WiMAX技术能够在比Wi-Fi更广阔的地域范围内提供“最后一公里”宽带连接性，由此支持企业客户享受TI类服务以及居民用户拥有相当于线缆/DSL的访问能力。凭借其在任意地点几公里的覆盖范围(取决于多种因素)，WiMAX将可以为高速数据应用提供更出色的移动性。为了推广IEEE802.16标准，国际上成立了WiMAX联盟。作为推动IEEE802.16标准和产品发展的国际组织，WiMAX在宽带无线接入领域的影响逐渐增强。如今，WiMAX也等同于IEEE802.16的意思。McWiLLMcWiLL (Multi-Carrier Wireless Internet Local Loop)即多载波无线因特网本地环路技术是由我国科技人员在其SCDMA(同步码分多址技术)基础上独立研发的宽带无线通信技术，该技术主要包括采用SCDMA的R4版本和采用CS-OFDMA(码扩正交频分多址)技术的R5版本。McWiLL是目前中国国内唯一拥有完全自主知识产权的高速率无线宽带接入技术。McWill实际上是大唐基于SCDMA衍生出来的宽带无线技术，由大唐旗下的信威公司拥有知识产权。在WiMAX成为全球瞩目的焦点时，基于SCDMA技术的新型无线宽带接入技术McWiLL悄然诞生了。McWiLL实际上是大唐基于SCDMA 衍生出来的宽带无线技术，由大唐集团拥有知识产权。McWiLL作为SCDMA的衍生产品，目前定位于固定无线宽带技术，新近推出的R5版本产品在技术性能上类似于WiMAX对应产品。这个由中国企业拥有全部知识产权的技术，正成为被关注的热点。McWiLL R4版本主要采用多载波同步码分多址技术(MC-SCDMA)，提供固定、游牧和便携式的数据接入服务，基站净荷吞吐量8Mbps，终端最大峰值数据速率3Mbps；McWiLL R5版本采用码扩正交频分多址技术(CS-OFDMA)，提供高速移动数据接入，终端移动速度可达120km/h，基站净荷吞吐量15Mbps，终端最大峰值数据速率5Mbps。McWiLL技术的覆盖半径在10-50公里，典型市内覆盖半径1-3公里。同时，McWiLL系统还采用了国际通信领域先进的智能天线，软件无线电，自适应调制方式以及多载波传输技术，并在空中接口采用自主开发的SWAP+同步无线接入协议。iBurstiBurst是IEEE802.20标准中比较有代表性的技术。iBurst系统是面向未来Internet应用而开发的宽带无线接入系统。通过iBurst系统，运营商可以利用较低的成本覆盖更广泛的区域，比较容易地实现随时随地提供宽带Internet接入业务，使得无所不在的Internet成为可能。能够为用户提供其所依赖和享受的充分互联网体验（不仅限于在办公室和家中，而且可在用户所处的任何地方），这种能力在市场竞争中具有明显的优势。其另一个特点是能提供公司应用和所有的Web网页，却不会遇到服务问题，且无需设置宽带连接。这些优点使iBurst系统出类拔萃，十分引人注目。iBurst前所未有的容量可为整个城市提供无线宽带接入，而其成本却远远低于任何其它技术。它使“泛在互联网”的梦想更加接近于现实。图 短程无线网络标准2 蓝牙技术（Bluetooth）2.1 蓝牙技术简介BLUETOOTH技术是一种发展中的短距离无线连接技术，它直接面对个人和商务的无线连接应用。BLUETOOTH是一种低功耗的无线技术，目的是取代现有的PC、打印机、传真机和移动电话等设备上的有线接口。蓝牙采用了跳频（Frequency Hopping）方式来扩展频谱（Spread Spectrum）消除干扰和降低衰落。 主要优点有：可以随时随地用无线接口来代替有线电缆连接；具有很强的移植性，可应用于多种通信场合，如WAP、GSM、DECT等引入身份识别后可以灵活实现漫游；功耗低，对人体危害小；最大传输距离为10cm10m（增加发射功率可达100m），BLUETOOTH集成电路应用简单，成本低廉，易于推广。 2.2 蓝牙技术的特点 （1）全球范围适用：全球大多数国家ISM (即工业、科学、医学）频段的范围是2.42.4835GHz，使用该频段无需向各国的无线电资源管理部门申请许可证。（2）同时可传输语音和数据：蓝牙采用电路交换和分组交换技术，支持异步数据信道、三路语音信道以及异步数据与同步语音同时传输的信道。每个语音信道数据速率为64kbit/s，语音信号编码采用脉冲编码调制（PCM）或连续可变斜率增量调制（CVSD）方法。当采用非对称信道传输数据时，速率最高为721kbit/s，反向为57.6kbit/s；当采用对称信道传输数据时，速率最高为432.6kbit/s。 （3）可以建立临时性的对等连接（Ad-hoc Connection)：根据蓝牙设备在网络中的角色，可分为主设备（Master）与从设备（Slave）。 （4）具有很好的抗干扰能力。（5） 蓝牙模块体积很小、便于集成。 （6） 低功耗：蓝牙设备在通信连接（Connection）状态下，有四种工作模式-激活（Active）模式、呼吸（Sniff）模式、保持（Hold）模式和休眠（Park）模式。 (7）开放的接口标准。(8) 成本低。表 BLUETOOTH技术指标和系统参数2.3 蓝牙系统网络结构BLUETOOTH支持点对点和一点对多点的通信。BLUETOOTH最基本的网络组成是微微网。组网时最多可以有256个BLUETOOTH单元设备连接起来组成微微网，其中一个主设单元和7个从设备单元处于工作状态，而其他设备单元则处于待机模式。微微网络可以重叠交叉使用。从设备单元可以共享。由多个相互重叠的微微网可以组成散射网络。 在蓝牙系统中，主从节点以时分双工（TDD）机制轮流进行数据传输。因此，在信道上又可划分为长度为625s的时隙（Time Slot），并以微微网主节点时钟进行编号，主从节点分别在奇、偶时隙进行数据发送。2.4 蓝牙协议模型 BLUETOOTH协议模型的分层分别介绍如下：物理层：物理层就是BLUETOOTH的无线接口层。这个无线接口层的射频系统是跳频系统。核心协议：基带协议(Base band)、LMP（Link Manager Protocol）LMP负责蓝牙设备之间的链路建立，包括鉴权、加密等安全技术及基带层分组大小的控制和协商 、L2CAP（Logical link Control and Adaptation Protocol）L2CAP向高层提供面向连接的和无连接的数据服务，具备多协议复用功能和拆装适配功能 、SDP（Service Discovery Protocol）SDP是蓝牙体系中非常关键的部分，只有通过SDP了解通信双方的设备信息、业务类型、业务特征，然后才能在蓝牙设备之间建立通信连接。射频通信协议：RFCOMM，其以ETSI TS07.10为基础，目的是取代电缆连接 。 电话传送控制协议：TCS Binary2、AT命令集等。 应用协议(可选协议)：PPP、UDPTCPIP、OBEX、vCardvCarl、lrMC、WAP等。2.5蓝牙技术面临的问题及展望蓝牙在各领域的应用情况蓝牙未来将渗透到17个不同的市场领域，目前国内蓝牙产品厂家主要产品还是蓝牙耳机、蓝牙适配器以及蓝牙车载等产品， 蓝牙技术不仅是符合信息家电发展的优选技术，而且把各种便携式电脑与蜂窝电话用无线电连接起来，使计算机与通信更加密切结合起来，使人们能随时随地进行数据信息的交换与传输。因此，计算机行业、移动通信行业都对蓝牙技术很重视，认为将对未来的无线移动数据通信业务有巨大的促进作用，预计在近几年内无线数据通信业务将迅速增长。蓝牙技术被认为是无线数据通信领域最为重大的进展之一。3 HomeRF技术HomeRF是由HomeRF工作组开发的，适合家庭区域范围内，在PC和用户电子设备之间实现无线数字通信的开放性工业标准。作为无线技术方案，它代替了需要铺设昂贵传输线的有线家庭网络，为网络中的设备，如笔记本电脑和Internet应用提供了漫游功能。在美国联邦通信委员会（FCC）正式批准HomeRF标准之前，HomeRF工作组已为在家庭范围内实现语音和数据的无线通信制订出一个规范，这就是共享无线访问协议（SWAP）。SWAP规范问世以后，除了扩展高性能、多波段无绳电话技术以外，还极大地促进了低成本无线数据网络技术的发展。但是，HomeRF占据了与802.11b和Bluetooth相同的2.4G频率段，并且在功能上过于局限家庭应用，再考虑到802.11b在办公领域已取得的地位，恐怕在今后难以有较大的作为。HomeRF标准与802.11b不兼容，并占据了与802.11b和Bluetooth相同的2.4GHz频率段，所以在应用范围上会有很大的局限性，更多的是在家庭网络中使用。4 ZigBee4.1 ZigBee技术简介ZigBee是一种无线传感器网络的新技术，短距离、低功耗的无线通信技术名称。这一名称来源于蜜蜂的八字舞。其特点是近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。联盟成立于2001年8月，2002年下半年，美国摩托罗拉、TI以及荷兰飞利浦等许多大公司加盟ZigBee，这一事件成为ZigBee技术的里程碑。目前联盟的成员涵盖了IT领域以及其他行业的200多家企业。ZigBee是一组基于IEEE批准通过的802.15.4无线标准研制开发的，有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。ZigBee联盟还开发了安全层，以保证这种便携式设备不会意外泄漏其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其它节点获得。完整的ZigBee协议套件由高层应用规范、应用汇聚层、网络层、数据链路层和物理层组成。网络层以上协议由ZigBee联盟制定，IEEE802.15.4负责物理层和链路层标准。4.2 ZigBee协议构架在标准制定的分工上，由ZigBee Alliance与IEEE802.15.4的任务小组共同制定，其中实体层、MAC层、资料链路层，以及传输过程中的资料加密机制等发展由IEEE主导，并共同针对ZigBee Protocol Stack的发展进行研究，而未来还能按照系统客户的需求，为不同应用修改其所需的应用。4.3 ZigBee技术优势：（1）数据传输速率低：10KB/秒250KB/秒，专注于低传输应用；（2）成本低：ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本；（3）网络容量大：网络可容纳65000个设备；（4）时延短：典型搜索设备时延为30ms，休眠激活时延为15ms，活动设备信道接入时延为15ms；（5）数据安全：ZigBee提供了数据完整性检查何鉴权功能，采用AES-128加密算法（美国新加密算法，时目前最好的文本加密算法之一），各个应用可灵活确定其安全属性；（6）工作频段灵活：使用频段为2.4GHz、868MHz（欧洲）和915MHz（美国），均为免执照（免费）的频段。ZigBee 和802.15.4标准都适合于低速率数据传输，最大速率为250K，与其他无线技术比较，适合传输距离相对较近；ZigBee 无线技术适合组建WPAN网络，就是无线个人设备的联网，对于数据采集和控制信号的传输是非常合适的。ZigBee 技术的应用定位是低速率、复杂网络、低功耗和低成本应用。5 Wi-Fi技术5.1 Wi-Fi的简介Wi-Fi是Wireless Fidelity的缩写，意指无线高保真，Wi-Fi技术包括IEEE802.11a、b和g规范以及802.11e规范。目前，市面上的Wi-Fi都是指802.11b。Wi-Fi 在MAC 层基于面向竞争的CSMA/CA协议，在物理层采用了OFDM 技术以便在20MHz 的频带宽带上传输高达54Mbit/s 的数据。无线局域网（WLAN），也称Wi-Fi -IEEE 802.11。Wi-Fi全称为Wireless Fidelity，中文名为无线保真技术，又称802.11标准。和蓝牙技术一样，它也属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。它的最大优点就是传输速度较高。另外，它的有效距离可达百米，同时还可以和现在已有的各种802.11设备兼容。现在流行的笔记本电脑技术一一迅驰技术就是基于该标准的。802.11b在与原来的802.11 DSSS技术兼容的基础上，融入了补码键控(CCK)的调制方式，将数据速率提高到 11Mbps。另外，还采用了一种可选的编码方案：分组二进制卷积码(PBCC)方式。因为这种方式能提高3dB的编码增益，所以使得当站工作在5.5和 11Mbps时，能提供更好的性能。但是，802.11b标准不能与802.11a兼容。表 IEEE802.11标准特性比较5.2 Wi-Fi的特点：（1）安装便捷无线局域网免去了大量的布线工作，只需要安装一个或多个无线访问点(AP)，就可以覆盖整个建筑内的局域网络，而且便于管理和维护。（2）易扩展性无线局域网有多种配置方式，每个AP可以支持100多个用户的接入，只需要在现有的无线局域网基础之上增加AP，就可以把几个用户的小型网络扩展成为几百、几千个用户的大型网络。（3）可靠性通过使用和以太网相类似的连接协议和数据包确认，来提供可靠的数据传送和网络带宽的有效使用。（4）高移动性在无线局域网信号覆盖范围内，各个节点可以不受地理位置的限制进行任意移动。通常来说，AP支持的范围在室外是300米，在办公环境中达到10100米。在无线信号覆盖的范围内，都可以接入网络，而且可以在不同运营商和不同国家的网络间进行漫游。5.3 Wi-Fi的发展进程为了让WLAN技术能够被广为接受和使用，就必须要建立一个业界标准，以确保各厂商生产的设备都能具有兼容性，也确保产品的稳定性。1990年IEEE(电气电子工程师学会)802标准化委员会成立IEEE802.11无线局域网标准工作组，主要研究工作在2.4GHz开放频段的无线设备和网络发展的全球标准。1997年6月，提出IEEE802.11(别名Wi-Fi，wireless fidelity，无线保真)标准。IEEE802.11标准的制定是无线局域网发展的里程碑，它是由大量的局域网以及计算机专家审定通过的标准。IEEE802.11标准定义了单一的MAC层和多样的物理层，其物理层标准主要有IEEE802.llb，a和g以及下一代高速无线局域网通信标准IEEE802.lln。IEEE802.11b1999年9月正式通过的IEEE802.11b标准是IEEE802.11协议标准的扩展。它可以支持最高11Mbps的数据速率，运行在2.4GHz的ISM频段上，采用的调制技术是CCK。IEEE802.11aIEEE802.11a工作5GHz频段上，使用OFDM调制技术可支持54Mbps的传输速率。802.11a与802.11b两个标准都存在着各自的优缺点，802.11b的优势在于价格低廉，但速率较低(最高11Mbps)；而802.lla优势在于传输速率快(最高54Mbps)且受干扰少，但价格相对较高。另外，11a与11b工作在不同的频段上，不能工作在同一AP的网络里，因此11a与11b互不兼容。IEEE802.11g为解决上述问题并进一步推动无线局域网的发展，2003年7月802.11工作组批准了802.11g标准，新的标准终于浮出水面成为人们对无线局域网关注的焦点。802.11g与以前的802.11协议标准相比有以下两个特点：在2.4G频段使用OFDM调制技术，使数据传输速率提高到20Mbps以上;能够与802.11b的Wi-Fi系统互相连通，共存在同一AP的网络里，保障了后向兼容性。这样原有的WLAN系统可以平滑的向高速无线局域网过渡，延长了IEEE802.11b产品的使用寿命，降低用户的投资。IEEE802.11nIEEE802.11n计划将WLAN的传输速率从802.l1a和802.11g的54Mbps增加至l08Mbps以上，最高速率可达320Mbps，成为802.11b、802.11a、802.11g之后的另一场重头戏。和以往的802.11标准不同，802.11n协议为双频工作模式(包含2.4GHz和5GHz两个工作频段)，就保障了与以往的802.11a，b，g标准兼容。IEEE802.11n计划采用MIMO与OFDM相结合，使传输速率成倍提高。另外，智能天线技术及高性能传输技术，使得无线局域网的传输距离大大增加，可以达到几公里(并且能够保障l00Mbps的传输速率)。IEEE802.11n标准全面改进了802.11标准，不仅涉及物理层标准，同时也采用新的高性能无线传输技术提升MAC层的性能，优化数据帧结构，提高网络的吞吐量性能。另外，其他主要的相关标准包括：IEEE802.11iIEEE802.11i对WLAN的MAC层进行了修改与整合，定义了严格的加密格式和鉴权机制，以改善WLAN的安全性。主要包括两项内容：Wi-Fi保护访问(WPA)和强健安全网络(RSN)，并于2004年初开始实行。IEEE802.11e/f/hIEEE802.11e标准对WLAN的MAC层协议提出改进，以支持多媒体传输，以支持所有WLAN无线广播接口的服务质量保证QOS机制。IEEE802.11f，定义访问节点之间的通讯，支持IEEE802.11的接入点互操作协议(IAPP)。IEEE802.11h用于IEEE802.11a的频谱管理技术。6 WiMAX技术6.1 WiMAX的简介随着社会的发展, 传统的拨号上网方式已经不能满足人们对网络带宽的需求， 于是各种宽带技术纷纷被投入使用。目前常见的有线宽带技术主要有DSL(数字用户线)、CableModem（电缆调制解调器）和基于光纤IP网的FTTB +LAN(FTTB+LAN(简称FTTB)：即Fiber to The Building（光纤到楼）)等技术， 这在一定程度上解决了带宽这个瓶颈问题。然而， 有线网络在传输上依赖于有线介质, 成本高、施工周期长、维护费用高； 此外，技术上的限制也影响了有线接入技术的进一步普及。针对这种情况，2002年4月IEEE正式公布了802.16无线接入标准。该标准定义了固定点到多点(PMP)宽带无线访问系统的空中接口, 包括媒体访问控制层(MAC)和物理层( PHY)，MAC层能够支持多个的PHY层定义，每个PHY定义适用于特定的频率范围和环境。该标准由一个非营利性组织WiMAX 微波接入全球互通(World Interoperability for Microwave Access) 论坛负责向市场推广， 因此，该标准也称WiMAX标准。该标准的最大覆盖范围可达50km，并能以最高达70Mbit/ s的速率传输数据、语音和视频图像。与光纤等有线接入相比，WiMAX技术具有建设成本低、项目启动快、建设周期短、维护费用低等诸多优势。WiMAX，即全球微波接入互操作性。它是一项无线城域网(WMAN)技术，是针对微波和毫米波频段提出的一种新的空中接口标准。它用于将802.11a无线接入热点连接到互联网，也可连接公司与家庭等环境至有线骨干线路。它可作为线缆和DSL的无线扩展术，被称作“无线DSL”，从而实现无线宽带入。WiMAX 最高可以提供75Mbit/s 的传输率，单基站覆盖范围最大可达到48km。WiMAX 能应用于很多领域，包括“最后一公里”接入、热点、蜂窝回程技术以及商业用户的企业级连接。WiMAX技术以正交频分复用(OFDM)技术作为关键的技术基础，并可提供多种增强型技术以获得较好的系统性能。而低密度校验(LDPC)码以其接近香农限的优秀纠错性能和适合并行操作的译码算法特性也成为人们关注的热点，被应用于很多领域，这其中就包括无线城域网。6.2 WiMAX的体系结构WiMAX网络体系如图1所示，包括：核心网、用户终端（SS）、基站（BS）、接力站（RS）、用户终端设备（TE）和网管。WiMAX网络体系结构图（1）核心网络：WiMAX连接的核心网络通常为传统交换网或因特网。WiMAX提供核心网络与基站间的连接接口，但WiMAX系统并不包括核心网络。 （2）基站：基站提供用户基站与核心网络间的连接，通常采用扇形/定向天线或全向天线，可提供灵活的子信道部署与配置功能，并根据用户群体状况不断升级扩展网络。 （3）用户基站：属于基站的一种，提供基站与用户终端设备间的中继连接，通常采用固定天线，并被安装在屋顶上。基站与用户基站间采用动态适应性信号调制模式。 （4）接力站：在点到多点体系结构中，接力站通常用于提高基站的覆盖能力，也就是说充当一个基站和若干个用户基站（或用户终端设备）间信息的中继站。接力站面向用户侧的下行频率可以与其面向激战的上行频率相同，当然也可以采用不同的频率。 （5）用户终端设备：WiMAX系统定义用户终端设备与用户基站间的连接接口，提供用户终端设备的接入。但用户终端设备本身并不属于WiMAX系统。（6）网管系统：用于监视和控制网内所有的基站和用户基站，提供查询、状态监控、软件下载、系统参数配置等功能。6.3 WiMAX的协议体系结构WiMAX协议标准定义了宽带无线接入系统的无线空中接口部分，按照两层结构体系组织，即媒体访问控制层(MAC)和物理层(PHY)。MAC层支持点对多点的宽带无线接入应用，在网络上主要由用户终端(SS)和基站(BS)两个节点组成，并实现这两个节点之间数据的高速传输。为让多个用户共享一个物理信道，MAC层需要有有效的接入和宽带分配算法以支持各种业务的QoS保证，并可以根据不同的QoS动态分配带宽，具有较大的灵活性。PHY层主要是关于频率带宽、调制模式、纠错技术以及发射机和接收机之间的同步、数据传输率和时分复用结构等方面的，在结构上由传输汇聚子层(TCL)和物理媒质依赖子层(PMD)组成。传输汇聚子层主要将MAC层传来的MAC协议数据单元(PDU)按适当的码字长度分段为数据块组装成TCL-PDU，为在物理媒质依赖子层中进行纠错编码做准备。物理媒质依赖子层则进行具体的信道编码、调制解调等一系列处理过程。通常所说的PHY主要是指物理媒质依赖子层。对于移动WiMAX规范而言，系统支持SC(单载波)物理层，SCa(单载波多址接入)物理层，OFDM(正交频分复用)物理层以及OFDMA(正交频分复用多址接入)物理层。6.4 MAC介质访问控制子层协议MAC介质访问控制子层协议（Media Access Control）该协议主要负责控制与连接物理层的物理介质。在发送数据的时候，MAC协议可以事先判断是否可以发送数据，如果可以发送将给数据加上一些控制信息，最终将数据以及控制信息以规定的格式发送到物理层；在接收数据的时候，MAC协议首先判断输入的信息并是否发生传输错误，如果没有错误，则去掉控制信息发送至LLC层(逻辑链路控制层)。MAC模块的角色是允许多个用户共享公共资源，通常认为是数据链路层的底层部分，为数据链路层的高层部分提供比特通道，避免和解决媒体接入时的竞争问题。MAC的特性可用一些参数来表征，这些参数与下层的传输技术和多址接入方法无关，包括：吞吐量传输数据时所占信道容量的百分比。时延分组在MAC队列中的平均时间。公平度，如果所有节点占用媒体的机会相同，则媒体接入是公平的。IEEE 802.16MAC 层由高到低划分为3 个子层。（1）特定服务汇聚子层（CS）提供与更高层的接口，通过不同的会聚方式更好地适配各种上层协议。主要功能是负责将其业务接入点（SAP）收到的外部网络数据转换和映射到MAC 业务数据单元（SDU），并传递到M A C 层业务接入点。具体包括对外部网络数据SDU 执行分类，并映射到适当的MAC 业务流和连接标识符（CID）上等功能。协议提供多个汇聚子层规范作为与外部各种协议的接口。（2）公共部分子层（CPS）负责执行MAC 层的核心功能，包括系统接入、带宽分配、连接建立、连接维护等。CPS 是MAC 的核心部分，主要功能包括系统接入、带宽分配、连接建立和连接维护等。它通过MACSAP 接收来自各种CS 的数据并分类到特定的MAC 连接，同时对物理层上传输和调度的数据实施服务质量（QoS）控制。通常说的MAC 层主要指MAC CPS。（3）安全子层加密协议子层PS 的主要功能是提供认证、密钥交换和加解密处理。为了让多个用户共享一个物理信道，MAC 层必须要有有效的接入和带宽分配算法以支持各种业务的QoS保证，因此该标准定义了4种不同的业务类型：主动授予服务、实时轮询业务、非实时轮询业务和尽力传输业务。IEEE 802.16 可以根据不同的QoS 动态分配带宽，具有较大的灵活性。图 802.16协议体系结构6.5 802.16系列标准根据是否支持移动特性，IEEE802.16 标准可以分为固定宽带无线接入空中接口标准和移动宽带无线接入空中接口标准，其中802.16、802.16a、802.16d属于固定无线接入空中接口标准，而802.16e 则属于移动宽带无线接入空中接口标准，因此移动WiMAX 技术就是指802.16e 标准。IEEE 802.16 标准中主要规定了两种调制方式：单载波和正交频分复用（OFDM）。802.16系统主要应用于无线城域网（WMAN）。根据使用频带高低的不同，802.16系统可分为应用于视距和非视距两种，其中使用2-1IGHz频带的系统可以应用于非视距(NLOS)范围，而使用10-66GHz频带的系统应用于视距(LOS)范围。根据是否支持移动特性，802.16标准又可分为固定宽带无线接入空中接口标准和移动宽带无线接入空中接口标准。802.16a是为工作在2-11GHz频段的非视距（NLOS）宽带固定接入系统而设计的，在2003年1月被IEEE批准通过。 802.16d是802.16a的增强型，主要目的是支持室内用户驻地设备。802.16d 是固定宽带无线接入的标准，该标准定义了三种物理层实现方式：单载波OFDM（256-Point） 和OFDMA（2048- Point）。由于OFDM和OFDMA 具有较高的频谱利用率，在抵抗多径效应、频率选择性衰落或窄带干扰上具有明显的优势，因此OFDM和OFDMA 将成为802.16 中两种典型的物理层应用方式。802.16e 是移动宽带无线接入的标准，该标准兼容802.16d。802.16d对10-66GHz频段和11GHz频段的固定宽带无线接入空中接口物理层和MAC层进行了详细规定，定义了支持多种业务类型的固定宽带无线接入系统的MAC层和相对应的多个物理层。802.16e是802.16a/d的进一步延伸，其目的是在已有标准中增加数据移动性。802.16e 的物理层实现方式与802.16d基本一致，主要差别是对OFDMA 进行了扩展，可以支持2048 - Point、1024 - Point、512 - Point 和128 -Point，以适应不同载波带宽的需要。为了支持移动性，802.16e 在MAC 层引入了很多新的特性。802.16e标准和802.16d标准的最大区别在于对移动性的支持。该标准规定了可同时支持固定和移动宽带无线接入的系统，工作在0.9)，但有些场合下特别是无线衰落环境下必须采用较低的编码速率以应付信道的突发差错，同时还需要根据信道的情况来自适应地调整编码速率。常用的改变RS码的编码速率方法是采用截短的方法来实现(删信)，即根据需要适当的截短消息位，删信RS码的纠错能力与母码相同。但在纠错能力t一定、编码分组较短(2040字节)的情况下，难以获得所需要的编码速率可调范围。因此，需要根据信道纠错能力的实际需要由同一系统生成码(例如RS(255，239)在删信的同时采取删余的措施来完成编码速率的调整，即通过删除冗余位来满足特殊的纠错能力的要求。这时，所产生码即为删信删余RS码，目