宽带无线接入技术及其发展.pdf

1 宽带无线接入技术及其发展宽带无线接入技术及其发展 主讲 赵 利主讲 赵 利 EMAIL zhaoli gl 桂林电子科技大学信息与通信学院桂林电子科技大学信息与通信学院 主要内容 主要内容 宽带无线接入概述 宽带无线接入概述 宽带接入的接口及标准 宽带接入的接口及标准 当前主流的宽带无线接入技术 当前主流的宽带无线接入技术 标准网络标准网络 IEEE802 11a b g n WiFi IEEE802 16a d e WiMAX 典型宽带接入业务网实例典型宽带接入业务网实例 1 1 宽带宽带 的概念的概念 在在接入层接入层相对较高的信息传输速率 相对较高的信息传输速率 满足满足业务业务高带宽的需求的信息传输速率 高带宽的需求的信息传输速率 带宽的需求还将继续增长 目前 带宽的需求还将继续增长 目前 有线接入速率有线接入速率 2Mbps 无线接入速率无线接入速率 768Kbps 第第1部分 宽带无线接入概述部分 宽带无线接入概述1 2 无线无线 的概念的概念 传输介质 自由空间 传输介质 自由空间 传输形式 电磁波 传输形式 电磁波 传播方式传播方式复杂 复杂 优点 无线方式 无优点 无线方式 无 有线有线 羁绊 羁绊 缺点 接收信号的随机衰落 技术复杂 缺点 接收信号的随机衰落 技术复杂 传播方式传播方式 传播路径 地 面 传播路径 地 面 地波传播地波传播 地 面地 面 信号传播路径信号传播路径 天波传播天波传播 dd h 接收天线发射天线 传播途径 接收天线发射天线 传播途径 D 地面地面r r 视线传播视线传播 对流层散射通信对流层散射通信 地球 有效散射区域 地球 有效散射区域 1 3 接入接入 的概念的概念 网络通信与网络通信与 点到点点到点 通信区别通信区别 2 接入接入 的问题的问题 接入的实质 接入的实质 用户终端连接进入网络端局设备的方式 用户终端连接进入网络端局设备的方式 接入的特征 接入的特征 通信网 实现 点到多点 通信网 实现 点到多点 接入 实现 点到核心网 接入 实现 点到核心网 无线接入 及其意义 无线接入 及其意义 广义上 接入部分为无线传输技术 广义上 接入部分为无线传输技术 有线网络的补充和无线延伸 有线网络的补充和无线延伸 接入网与核心网的区别接入网与核心网的区别 接入接入 的具体形式 的具体形式 PSTN电话网的接入形式 电话网的接入形式 GSM移动电话网的接入形式 移动电话网的接入形式 高速上网高速上网 享受一切相关的互联网服务 享受一切相关的互联网服务 互动游戏互动游戏 享受网上游戏和局域网游戏相结合的全新体验 享受网上游戏和局域网游戏相结合的全新体验 VOD视频点播视频点播 利用利用WEB浏览器点播电影 电视剧等节目 浏览器点播电影 电视剧等节目 网络电视网络电视 跨越时空约束 在网上实现无限频道的电视接收 跨越时空约束 在网上实现无限频道的电视接收 远程医疗远程医疗 医务人员为远在几千公里之外的病人诊断医疗 医务人员为远在几千公里之外的病人诊断医疗 远程会议远程会议 不用出差 可不用出差 可 亲临亲临 异地会场 异地会场 远程教育远程教育 可在家中收看教学节目并与老师实时交互 可在家中收看教学节目并与老师实时交互 远程监控远程监控 对远程系统或其它重要场所实时监控管理 对远程系统或其它重要场所实时监控管理 网上证券交易网上证券交易 可在家中进行网上炒股 下单交易等 可在家中进行网上炒股 下单交易等 1 4 宽带无线接入的业务能力宽带无线接入的业务能力 3 1 5 无线接入的分类无线接入的分类 固定无线接入网固定无线接入网FWA Fixed Wireless Access 在固定无线接入网中 用户终端固定 或只是在办公室 会议室或家中等场所作有限 移动 例如 在固定无线接入网中 用户终端固定 或只是在办公室 会议室或家中等场所作有限 移动 例如 WLL WiFi 移动无线接入网移动无线接入网MWA Mobile Wireless Access 在移动无线接入网中 用户终端是移 动的 例如 在移动无线接入网中 用户终端是移 动的 例如 GPRS CDMA2000 主要区别 主要区别 固定无线接入不需要移动控制和越 区切换功能 从而节省投资 固定无线接入不需要移动控制和越 区切换功能 从而节省投资 1 6 宽带无线接入的特点宽带无线接入的特点 FWA优点 优点 建网投资费用低 设计灵活 建网迅速 建网投资费用低 设计灵活 建网迅速 扩容可以因需求而定 分期投资 方便快捷 扩容可以因需求而定 分期投资 方便快捷 运营成本低 维护简单 运营成本低 维护简单 可以提供高带宽 大容量接入 可以提供高带宽 大容量接入 具有提供对称业务的潜力 可满足各种业务要求 具有提供对称业务的潜力 可满足各种业务要求 网络部署灵活 可灵活改变覆盖区和容量 扩容灵活 网络部署灵活 可灵活改变覆盖区和容量 扩容灵活 安全性能好 抗毁能力强 易恢复 安全性能好 抗毁能力强 易恢复 与原有基础设施关系不大 易于新竞争者进入市场 与原有基础设施关系不大 易于新竞争者进入市场 FWA缺点 缺点 技术不够完善 多种体制 标准不统一 技术不够完善 多种体制 标准不统一 频段的分配不统一 有碍推广应用 频段的分配不统一 有碍推广应用 成本还是一个障碍普及的因素 成本还是一个障碍普及的因素 WLL无线接入系统的特别应用无线接入系统的特别应用 1 人口稀疏的农村和边远地区 人口稀疏的农村和边远地区 有线接入投资大 效益低 采用无线接入是比 较好的办法 在地形复杂的山区 用户稀少 分散的农村地区 铺设有线电缆比较困难 投 资大 而用户经济实力较低 只有选用无线接 入技术 才能解决电话普及与运营企业的经济 效益之间的矛盾 有线接入投资大 效益低 采用无线接入是比 较好的办法 在地形复杂的山区 用户稀少 分散的农村地区 铺设有线电缆比较困难 投 资大 而用户经济实力较低 只有选用无线接 入技术 才能解决电话普及与运营企业的经济 效益之间的矛盾 2 受地理环境或气候条件限制的地区 受地理环境或气候条件限制的地区 山区 海岛 水网地区 沙漠地区等 埋设电线 困难和架设明线不易 无线接入是唯一选择 山区 海岛 水网地区 沙漠地区等 埋设电线 困难和架设明线不易 无线接入是唯一选择 3 城市新兴商业区和居民区 城市新兴商业区和居民区 电话需求量大 新建市话网投资大 时间长 采 用无线接入则可在短时间内满足要求 对于未能 及时铺设电缆的新建居民小区和随时可能拆迁的 危旧房区 为满足用户通信的需求 可临时使用 无线接入系统提供基本通信业务服务 4 临时急需电话的地区 临时急需电话的地区 在大型建筑工地 大型体育赛事 抢险救灾 公 安 铁路 非常时期 应急操作等急需接入的场 合 采用无线接入是最好的解决方法 在遇到洪 水 地震 台风等自然灾害时 无线接入系统可 作为有线通信网的临时应急系统 快速提供基本 业务服务 1 7 固定无线接入系统典型组成固定无线接入系统典型组成 无线基站和基站控制器 操作控制中心和用户单元 无线基站和基站控制器 操作控制中心和用户单元 4 1 8 无线覆盖方式无线覆盖方式 大区制大区制 小区制 宏小区 宏小区 覆盖半径覆盖半径 1 20km 主要 适用于城市郊区 农 村 山区 沿海及沙 漠地区 主要 适用于城市郊区 农 村 山区 沿海及沙 漠地区 微小区 微小区 覆盖半径覆盖半径 0 1 1 Km 适用 于城市市区和农村人 口比较密集地区 适用 于城市市区和农村人 口比较密集地区 微微小区 微微小区 覆盖半径 大约在 覆盖半径 大约在100m以下 适用于城市人口特别 密集区段或建筑内 以下 适用于城市人口特别 密集区段或建筑内 1 9 无线接入标准及定位无线接入标准及定位 IEEE 802 15 Bluetooth WAN MAN LAN PAN ETSI HiperPAN IEEE 802 11 Wireless LAN ETSI Hiper LAN IEEE 802 16 Wireless MAN ETSI Hiper MAN HIPER ACCESS IEEE 802 20 proposed 3GPP EDGE GSM 1 10 典型无线接入系统典型无线接入系统 微波一点多址接入 微波一点多址接入 无线本地环无线本地环WLL 直播卫星系统接入系统 直播卫星系统接入系统 DBS LMDS 本地多点分配业务 本地多点分配业务 MMDS多路多点分配业务多路多点分配业务 高速移动接入 如蜂窝系统和移动卫星系统 高速移动接入 如蜂窝系统和移动卫星系统 慢速移动接入 无绳接入 慢速移动接入 无绳接入 CDPD 蜂窝数字分组数据 蜂窝数字分组数据 无线局域网接入 无线局域网接入 Wi Fi Bluetooth HomeRF WiMAX宽带接入宽带接入 SCDMA综合无线接入系统应用实例综合无线接入系统应用实例 SCDMA农村无线接入系统应用实例农村无线接入系统应用实例 5 SCDMA宽带无线接入系统实例宽带无线接入系统实例2 WiFi宽带无线接入及其应用宽带无线接入及其应用 2 1 主流无线局域网 主流无线局域网 WLAN 标准 标准 IEEE802 11 IEEE802 11a IEEE802 11b IEEE802 11g IEEE802 11n 2 2 无线局域网定位与特点无线局域网定位与特点 局域网 局域网 办公室 家庭 小型公共场所办公室 家庭 小型公共场所 短距无线接入 短距无线接入 500m 高接入速率高接入速率 500Mbps 业务能力 业务能力 为小范围内固定或移动终端提供 无线数据通信服务 为小范围内固定或移动终端提供 无线数据通信服务 无线覆盖特征 无线覆盖特征 微蜂房结构 微蜂房结构 r 100m 2 3 WLAN标准机构及组织标准机构及组织 标准化组织 标准化组织 IEEE802 11工作组工作组 产业联盟 产业联盟 Wi Fi Wireless Fidelity 联盟 联盟 技术标准 技术标准 IEEE802 11a b g m 网络结构 网络结构 Ad hoc 无中心 无中心 AP 有中心 有中心 MAC协议 协议 CSMA CA协议协议 工作频段 工作频段 2 4GHz ISM频段 频段 5 8GHz 2 4 无线局域网的组成及特点无线局域网的组成及特点 WLAN网络设备 网络设备 无线接入设备 无线接入设备 AP Access Point 无线无线HUB 无线网桥无线网桥 无线路由器无线路由器 无线终端设备 无线终端设备 无线无线Modem 无线网卡无线网卡 移动支持能力 移动支持能力 用户无中断连接和越区切换用户无中断连接和越区切换 无中心 对等结构 无中心 对等结构 ad hoc 主要特点 主要特点 所有移动站点都处于平等地位 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继 无中心站 所有站点间可直接通信无需中继 所有站点共享同一信道 竞争同一信道 所有站点共享同一信道 竞争同一信道 用户增加时 冲突厉害 适合用户少且范围小 的组网 用户增加时 冲突厉害 适合用户少且范围小 的组网 A B C DE A B C DE 频率频率f 6 有中心 有中心 AP接入结构接入结构 主要特点 主要特点 所有移动站点通过中心站点所有移动站点通过中心站点 AP 接入 接入 一般一般AP位置不动 实现站点的接入和到有线网的桥接 位置不动 实现站点的接入和到有线网的桥接 移动站点间不直接通信 各站点只与移动站点间不直接通信 各站点只与AP之间直接通信 之间直接通信 无线站点间 无线站点到互联用户的通信都需无线站点间 无线站点到互联用户的通信都需AP转发 转发 有中心的结构便于对用户的接入管理 有中心的结构便于对用户的接入管理 APAP f Internet Internet 无线局域网及其接入示意图无线局域网及其接入示意图无线局域网及其接入示意图无线局域网及其接入示意图 2 5 802 11主要标准主要标准 IEEE std 802 11 1997发布 发布 2Mbps 2 4GHz IEEE 802 11 1999 Edition IEEE 802 11a 1999 54Mbps 5GHz IEEE 802 11b 1999 11Mbps 2 4GHz IEEE 802 11g 2003 54Mbps 2 4GHz IEEE 802 11n 2006 500Mbps 2 4GHz IEEE 802 11i 2004 MAC的安全性增强的安全性增强 正在发展 正在发展 IEEE 802 11e MAC的的QoS增强增强 开始研究 开始研究 IEEE 802 11s 无线无线Mesh网网 物理层主要性能指标及标准物理层主要性能指标及标准 2 4GHz 5 8GHz 2 4GHz2 4GHz5 8GHz工作频段工作频段 500Mbps54Mbps11Mbps54Mbps 最大数据率最大数据率 每子信道每子信道 3312 不重叠 子信道数 不重叠 子信道数 MIMO OFDM OFDM CCK DSSS CCK OFDM调制方式调制方式 1999年年7月月 802 11b 1999年年7月月 802 11a 2003年年6月月 802 11g 2006年年 发布时间发布时间 802 11n 2 6 网络的组织与管理网络的组织与管理 BSSBSS 基本服务组基本服务组 BSS Basic Service Set BSS是一个基本的是一个基本的WLAN的单元网络 为一组站点提供通 信服务 每个 的单元网络 为一组站点提供通 信服务 每个BSS都有一个都有一个ID 称为 称为BSSID 在一个在一个BSS内 各站点可直接通信 对等 不同的内 各站点可直接通信 对等 不同的BSS 之间的站点之间的站点不能直接不能直接通信 通信 DSDS APAP APAP BSS1BSS1 BSS2BSS2 ESSESS 扩展服务组扩展服务组 ESS Extended Service Set 多个多个BSS通过一个分布系统 通过一个分布系统 DS 相连构成一个 相连构成一个ESS 每个每个BSS有一个有一个AP 用于连接 用于连接DS及控制及控制BSS内站点接入 内站点接入 ESS有一个有一个ID 称为 称为ESSID 与 与BSSID统称为统称为SSID 同一个同一个ESS的站点可以在不同的的站点可以在不同的BSS之间切换 之间切换 7 WLAN用户接入控制与管理用户接入控制与管理 DSDS AP1AP1 AP2AP2 BSS1 BSS2 BSS1 BSS2 ESSESS RADIUS 服务器服务器 IEEE802 1x RADIUS方式 方式 AP支持支持802 1x协议 且协议 且AP具有具有RADIUS客户端功能 客户端功能 站点安装站点安装802 1x客户端功能 客户端功能 AP接收用户认证请求 并向接收用户认证请求 并向RADIUS服务器发出认证请 求 对认证通过的用户 服务器发出认证请 求 对认证通过的用户 AP提供接入 否则拒绝其接入 提供接入 否则拒绝其接入 2 7 宽带应用典型实例宽带应用典型实例 SOHO应用案例 应用案例 家庭网络家庭网络 ADSL WLAN网络网络 无线城市无线城市 阿尔卡特朗讯的解决方案阿尔卡特朗讯的解决方案北京无线城市一期网络信号覆盖范围北京无线城市一期网络信号覆盖范围 WiMAX WiFi 8 3 WiMAX无线接入及其应用无线接入及其应用 WiMAX全称为全称为 World Interoperability for Microwave Access 即全球微波接入互操作性 即全球微波接入互操作性 WiMAX是一项无线城域网是一项无线城域网 WMAN Wireless Access Metropolitan Area Network 行业规范行业规范 WiMAX技术标准 技术标准 IEEE802 16系列系列 802 16工作组成立于工作组成立于1999年 负责开发宽带无 线城域接入规范 年 负责开发宽带无 线城域接入规范 3 1 WiMAX定位与特点定位与特点 城域网 城域网 城市 乡镇城市 乡镇 高接入速率高接入速率 70Mbps 业务能力 业务能力 为城域内固定或移动终端提供无 线数据通信服务 为城域内固定或移动终端提供无 线数据通信服务 无线覆盖特征 无线覆盖特征 宏蜂房结构 宏蜂房结构 r 10 50km 3 2 3 2 WiMAXWiMAX组织与组织与组织与组织与802 16802 16协议关系协议关系协议关系协议关系 为了有效地协调各方面立场 由众多通信器件 设备公 司在2003年组成了非营利性机构WiMAX 致力于推动802 16 无线宽带设备进入市场 加速最后一公里宽带部署 为了有效地协调各方面立场 由众多通信器件 设备公 司在2003年组成了非营利性机构WiMAX 致力于推动802 16 无线宽带设备进入市场 加速最后一公里宽带部署 3 3 802 16系列空中接口标准特征系列空中接口标准特征 1 5Km5 15Km5 10Km 5Km 小区半径小区半径 15Mbps 载波带宽载波带宽5MHz 75Mbps 载波带宽载波带宽20MHz 75Mbps 载波带宽载波带宽 20MHz 32 134Mb ps 载波带宽载波带宽 28MHz 传输速率传输速率 最佳最佳S N 1 25 20MHz1 25 20MHz1 25 20MHz25 28MHz 信道带宽信道带宽 256OFDM BPSK QPSK 16Q AM 64QAM 128 512 1024 20 48 OFDMA 256OFDM BPSK QPSK 16 QAM 64QAM 2048OFDMA 256OFDM BPSK QPS K 16QAM 64 QAM QPSK 16QAM和和 64QAM 调制方式调制方式 移动移动 漫游固定固定固定漫游固定固定固定 固定固定 移动 性 移动 性 非视距视距非视距视距 非视距非视距视距非视距非视距视距 信道条件信道条件 6GHz 11GHz 11GHz10 66GHz 使用频段使用频段 802 16e802 16d802 16a802 16 3 4 WiMAX网络结构网络结构 WiMAX网络结构网络结构 点到多点 点到多点 PMP 网格状 网格状 mesh 9 PMP组成结构 组成结构 基站基站BS 蜂窝结构 一个或多个扇区蜂窝结构 一个或多个扇区 一个一个802 16系统可有多个系统可有多个BS 扩大范围 扩大范围 用户站用户站SS 用户侧接入设备 可由多个用户终端共享用户侧接入设备 可由多个用户终端共享 多个多个SS共享到共享到BS的无线信道的无线信道 中继站中继站RS 可选