第6章-无线广域网VIP

第6章无线广域网,主要内容,6.1概述6.23G/4G技术6.3卫星通信系统6.4802.20技术,6.1概述,无线广域网(WWAN)是指覆盖全国或全球范围内的无线网络，提供更大范围内的无线接入，与无线个域网、无线局域网和无线城域网相比，它更加强调的是快速移动性。典型的无线广域网：蜂窝移动通信系统卫星通信系统,概述(续),蜂窝技术的速率都不高，无法提供类似于无线个域网、无线局域网和无线城域网的宽带接入技术，无线满足多媒体等应用的需求。多适用于手机、PDA这样的处理能力较低的弱终端，对于具有高强处理能力的笔记本电脑是不太适宜的。专门从事无线广域网移动宽带无线接入技术标准制定的工作组是IEEE802.20。,802.20标准进展,IEEE802.20技术也被称为Mobile-Fi最初由IEEE802.16工作组2002年3月提出2002年9月，IEEE802.20工作组正式成立IEEE标准协会(IEEE-SA)标准委员会2006年6月15日宣布，暂停IEEE802.20工作组的一切活动(发布资料和PDF格式文档)2006年11月13日，IEEE802.20工作组在美国德克萨斯州达拉斯召开了全体会议(PlenaryMeeting)，重新开始标准制定活动尽管举步为艰，IEEE802.20前途光明：需求永远是拉动技术进步的最大动力。,主要内容,6.1概述6.23G/4G技术6.3卫星通信系统6.4802.20技术,蜂窝通信基本原理,8,一个基站覆盖整个服务区域技术简单通信质量差频率利用率低系统容量小,大区制,9,七小区频率复用,蜂窝划分,频率复用,CellSpltting,splittingcellsintosmallercellsandallowingadditionalchannelsinthesmallercells.Example:asmallercellisintroducedsuchthatithashalftheareaofthelargercells.asinglesmallcellisintroducedsuchthatitismidwaybetweentwocochannelcells.,DirectionalAntennas,Theideabehindusingdirectionalantennasisthereductionincochannelinterferencethatresultsbyfocusingtheradiopropagationinonlythedirectionwhereitisrequired.Thecoverageofabasestationantennaisrestrictedtopartofacellcalledasectorbymakingtheantennadirectional.,Leesmicrocell,LeesmicrocellzonetechniqueexploitscornerexcitedBSstoreducethenumberofhandoffsandeliminatepartitioningofchannelsbetweensectorsofacell.Allthreezone-sitesactasreceiversforsignalstransmittedbyamobileterminal.TheBSdetermineswhichofthezone-siteshasthebestreceptionfromthemobileandusesthatzone-sitetotransmitthesignalonthedownlink.,第一代模拟蜂窝移动通信系统,历史回顾1978年，美国的贝尔实验室成功开发了AMPS（AdvanceMobilePhoneService）系统，实现了真正意义上的可以随时随地通信的、大容量的蜂窝移动通信系统。1987年，中国首个TACS制式模拟移动电话系统建成商用，之后AMPS也曾被引入中国。主要标准：美国的AMPS、欧洲的TACS、英国的ETACS、欧洲的NMT-450和NMT-900、日本的NTT和JTACS/NTACS主要特点用户接入方式：频分多址（FDMA）；调制方式：FM主要是话音业务系统保密性较差频谱效率较低，有限频谱资源和无限用户容量之间的矛盾十分突出,第二代数字蜂窝移动通信系统-GSM,历史回顾1992年，第一个数字蜂窝移动通信系统欧洲的GSM（GlobalSystemforMobileCommunication）网络在欧洲开始铺设。由于其优越的性能，在全球范围内以惊人的速度得以扩张。1993年，中国的第一个全数字移动电话GSM系统建成开通。主要特点微蜂窝小区结构采用数字化技术-语音信号数字化用户接入方式：FDMA/TDMA；调制方式：GMSK、QPSK等频谱利用率高，系统容量大便于实现通信安全保密,第二代数字蜂窝移动通信系统-CDMA,历史回顾：1995年，美国高通公司（Qualcomm）提出了一种采用码分多址（CDMA)方式的数字蜂窝系统技术解决方案（IS-95CDMA)。主要特点用户接入方式：码分多址（CDMA）抗多径衰落抗干扰性好系统容量大保密安全性高同频率可在多个小区内重复使用,3G,主流技术：WCDMAcdma2000TD-SCDMA,第三代数字蜂窝移动通信系统,第三代移动通信（3G）可以提供所有2G的信息业务，同时保证更快的速度，以及更全面的业务内容，如移动办公，视频流服务等。3G的主要特点：提供移动宽带多媒体业务：高速移动环境下支持144Kbps，步行和慢速移动环境下支持384Kbps，室内环境达到2Mbps，同时保证高可靠的服务质量高频谱效率：FDMA/TDMA/CDMA全球范围无缝漫游系统提供增值业务和智能网业务高保密性微蜂窝结构,第三代移动通信标准化格局,17,第三代数字蜂窝移动通信系统（续）,3G的发展历程：从2G直接跳跃到3G存在较大的难度，于是出现了2.5G（也有人称后期2.5G为2.75G）的过渡阶段。,第三代数字蜂窝移动通信系统（续）,第三代数字蜂窝移动通信系统（续）,TDSCDMA：TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccess相比于W-CDMA和CDMA2000起步较晚，1998年6月由原邮电部电信科学技术研究院向ITU提出融合了众多技术：SCDMA、CDMA和软件无线电同步、TDMA、FDMA采用DS-CDMA技术时分双工方式，上下行链路使用相同的无线频率TD分为：TD-SCDMA：提供话音和视频电话等最高下行速率为384Kb/s的数据业务TD-HSDPA：数据业务增强技术，提供2.8Mb/s下行速率,PSTN,IP,RadioAccessNetwork,BTSGSM,UmGSM,MSC+GSN,GSM/GPRSCoreNetwork,HLR,SwitchCommander,A+Gb,Abis,GSMMS,NodeBTD-SCDMA,UuTD-SCDMA,Abis*,TD-SCDMAGSMMS,T-RNC,TGCF,RadioCommanderandLMT,new,unchanged,Networkelements:,enhanced,TGCF:TD-SCDMAatGSMControlFunction,第三代数字蜂窝移动通信系统（续）,TD-SCDMA的网络结构的演进（1）：TD-SCDMAGSM/GPRSCoreNetwork,RadioAccessNetwork,BTSGSM,UmGSM,Abis,GSMMS,NodeBTD-SCDMA,UuTD-SCDMA,Iub,TD-SCDMAGSMMS,TGCF:TD-SCDMAatGSMControlFunction,RNC,BSC+TRAUGSM,TGCF,TD-SCDMAUMTSMS,PSTN,IP,UMSC+UGSN,MSC+GSN,UMTSCoreNetwork,HLR,SwitchCommander,A+Gb,Iu,new,unchanged,Networkelements:,enhanced,RadioCommanderandLMT,NodeBWCDMA,UuWCDMA,WCDMAMS,Iub,第三代数字蜂窝移动通信系统（续）,TD-SCDMA的网络结构的演进（2）：TD-SCDMAUMTSCoreNetwork,POTS,LANWAN,new,unchanged,IP-BasedCoreNetwork,IP-NetworkCommander,enhanced,TD-SCDMAUMTSMS,TD-SCDMAGSMMS,TD-SCDMAIPMS,RadioAccessNetwork,NodeBTD-SCDMA,Iub,RNC,RadioCommanderandLMT,Iu,WCDMAMS,NodeBWCDMA,Iub,UmWCDMA,UmTD-SCDMA,第三代数字蜂窝移动通信系统（续）,TD-SCDMA的网络结构的演进（3）：TD-SCDMAIP-BasedCoreNetwork,第三代数字蜂窝移动通信系统（续）,W-CDMA：WidebandCodeDivisionMultipleAccess由爱立信公司提出，3GPP制定的基于GSMMAP核心网、UTRAN为无线接口的3G系统W-CDMA技术主要包括FDD和TDDFDD：工作在覆盖面积较大的范围内，可以在两个对称频率信道上进行接收和传送工作TDD：侧重于业务繁重的小范围内中国联通于2009年在中国大陆提供W-CDMA服务,CoreNetwork,D-RNC,S-RNC,NodeB,cell,cell,cell,NodeB,cell,cell,cell,NodeB,cell,cell,cell,NodeB,cell,cell,cell,Iub,Iub,Iub,Iub,Iur,Iu,UTRAN结构,24,第三代数字蜂窝移动通信系统（续）,UMTS体系结构,通用移动电信系统（UniversalMobileTelecommunicationSystem,UMTS）是一个3G网络，它的目的是建立一个支持广泛应用环境的单一集成系统。UMTS网络的体系结构包括三部分：核心网络（CoreNetwork,CN）、无线接入网络（RadioAccessNetwork）以及用户设备（UserEquipment,UE）。这种结构允许不同的接入技术、不同的核心网技术共存，可简化从2G网络向3G网络的过渡。,IntegratedMobileNetwork:GSM/GPRS/UMTS,VLRMSC,VLRMSC,SGSN,GMSC,BSC,BTS,BTS,Abis,BSS,BSC,BTS,BTS,Abis,BSS,AUC,HLR,EIR,PSTN,E,D,C,F,H,A,GSM,PSTN,GGSN,PDN,Gb,Gp,Gc,Gf,Gn,Gr,Gs,GPRS,OtherPLMN,RNC,NodeB,NodeB,Iub,RNS,RNC,NodeB,NodeB,Iub,RNS,Iur,Iu-CS,Iu-PS,Iu-PS,Iu-CS,UMTS,Gi,PLMN:PubliclandmobilenetworkUMTS:UniversalMobileTelecommunicationSystem,第三代数字蜂窝移动通信系统（续）,GSM网络向WCDMA网络过渡,第三代数字蜂窝移动通信系统（续）,第三代数字蜂窝移动通信系统（续）,CDMA2000：也称为CDMAMulti-Carrier,由美国高通北美公司为主导提出W-CDMA和TD-SCDMA是由标准组织3GPP制定，CDMA2000则是由标准组织3GPP2制定CDMA20001x：即1x或者1xRTT，标志1x指使用一对1.25MHz无线电信道的技术。CDMA20001xRTT：RTT无线电传输技术，被认为是2.5G技术，支持最高144kbps数据速率。CDMA20001xEV：CDMA20001x附加高数据速率能力第一阶段（CDMA20001xEV-DO）：下行最高速率3.1Mbps，上行最高速率1.8Mbps第二阶段（CDMA20001xEV-DV）：支持1x语音用户，1xRTT数据用户和高速1xEV-DV数据用户使用同一信道,CDMA2000网络体系结构,MSC,R,AAA服务器,IWF,智能外设IP,HLR,业务控制点SCP,SCE/SMS,BTS64,BTS1,BSC12,GAN,BTS1,R,Internet,PSTN,PLMN,IS-2000空中接口,信令,语音+信令,PDA,数据+信令,IWF,应用服务器,数据核心网DCN,O&M运维服务器,HA,移动台,PDSN,R,无线智能网WIN,基站网管BSM,BSC1,电路核心网,第三代数字蜂窝移动通信系统（续）,三种3G标准的主要技术差别,第三代数字蜂窝移动通信系统（续）,第四代移动通信可称为宽带接入和分布网络，具有非对称的和超过2Mbit/s的数据传输能力。包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统、互操作的广播网络和卫星系统等4G能够以100Mbps的速度下载，上传的速度也能达到50Mbps，能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。提供信息通信以外的：定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。关键技术：频分复用（OFDM）软件无线电智能天线IP：采用基于IP的全分组方式传送数据流,第四代移动通信系统,第四代移动通信系统（续）,4G的网络体系结构：在4G通信系统中，为了满足不同用户对不同业务的需求，将各种针对不同业务的接入系统通过多媒体接入系统连接到基于IP的核心网中，形成一个公共的、灵活的、可扩展的平台。基于IP技术的网络框架可以让用户能够在2G、3G、4G、WLAN、固定网之间实现无缝漫游。,4G移动网络的根本任务是能够接收、捕获到终端的呼叫，在多个运行网络（平台）之间或者多个无线接口之间，建立其最有效的通信路径，并对其进行实时的定位与跟踪。,第四代移动通信系统（续）,4G的网络体系结构：4G的网络体系结构可以分为：物理层、网络业务执行技术层、应用层三层。物理层：提供接入和选路功能网络业务执行技术层：提供QoS映射、地址转移、即插即用、安全管理、有源网络等功能物理层与网络业务执行技术层之间是开放式IP接口应用层与网络业务执行技术层之间也是开放式接口，用于第三方开发和提供新业务,第四代移动通信系统（续）,4G的接入系统：显著特点是智能化多模式终端支持多种接入技术，在各种网络系统（平台）之间实现无缝连接和协作，以最优化的方式来进行工作，以达到满足不同用户通信需求的目的。当多模式终端接入系统时，网络会自适应分配频带，给出最优路由，以达到最佳通信效果。主要接入技术有：无线蜂窝移动通信系统（2G/3G/4G）、无绳系统（DECT）、短距离连接系统（蓝牙）、WLAN系统、固定无线接入系统、卫星系统、平流层通信（STS）、广播电视接入系统（DAB、DVB-T、CATV）等。新的接入技术将会伴随市场需求和通信的发展也会出现。,第四代移动通信系统（续）,4G的软件系统：建立一个统一的软件标准和互联协议，是4G移动通信软件系统的关键软件系统的首要任务是创建一个公共的软件平台，通过该平台实现“互联互通”：不同通信系统和终端都可以使用可对不同通信系统和终端进行管理和监控软件系统还在网络安全上作进一步研究，以保障通信网络的正常工作、数据完整和其它特殊需要。,3G向4G的过渡：IMT-AdvancedHSDPA：HighSpeedDownlinkPackageAccess，高速下行分组接入HSUPA：HighSpeedUplinkPacketAccess，高速上行链路分组接入HSPA+：增强版HSPATD-HSDPA：将HSDPA引入的增强版TD-SCDMA系统LTE：LongTermEvolution，长期演进技术,第四代移动通信系统（续）,应对未来爆炸性的移动数据流量增长、海量的设备连接、不断涌现的各类新业务和应用场景以用户为中心构建全方位的信息生态系统通过无缝融合的方式，便捷地实现人与万物的智能互联,第五代移动通信系统,5G总体愿景,性能需求和效率需求共同定义了5G的关键能力花瓣代表了5G的六大性能指标，绿叶代表了三个效率指标花瓣顶点代表了相应指标的最大值,第五代移动通信系统（续）,5G关键能力,METIS5GArchitecture,COMPARISONOF1GTO5GTECHNOLOGIES,主要内容,6.1概述6.23G/4G技术6.3卫星通信系统6.4802.20技术,6.3卫星通信系统,6.3.1卫星通信系统的概念6.3.2卫星通信系统的分类6.3.3卫星通信系统的特点6.3.4卫星移动通信系统成功案例,6.3.1卫星通信系统的概念,卫星通信系统实际上也是一种微波通信，它以卫星作为中继站转发微波信号，在多个地面站之间通信。卫星通信系统由卫星端、地面端、用户端三部分组成。卫星端在空中起中继站的作用，把地面站发上来的电磁波放大后再返送回另一地面站。地面站则是卫星系统与地面公众网的接口。用户端即是各种用户终端。,6.3.2卫星通信系统的分类,按照工作轨道区分，卫星通信系统一般分为以下3类：（1）低轨道卫星通信系统(LowEarthOrbit,LEO)（2）中轨道卫星通信系统(MiddleEarthOrbit,MEO)（3）高轨道卫星通信系统(GeostationaryOrbit,GEO),地球静止轨道,6.3.2卫星通信系统的分类,按照通信范围区分，卫星通信系统可以分为国际通信卫星、区域性通信卫星、国内通信卫星。按照用途区分，卫星通信系统可以分为综合业务通信卫星、军事通信卫星、海事通信卫星、电视直播卫星等。按照转发能力区分，卫星通信系统可以分为无星上处理能力卫星、有星上处理能力卫星。,6.3.3卫星通信系统的特点,（1）下行广播，覆盖范围广（2）工作频带宽：可用频段从150MHz30GHz；（3）通信质量好（4）网络建设速度快、成本低（5）信号传输时延大（6）控制复杂,6.3.4卫星移动通信系统成功案例,铱星（Iridium）系统Globalstar系统IC0全球通信系统Ellips0系统Orbcomm系统Teledesic系统,主要内容,6.1概述6.23G/4G技术6.3卫星通信系统6.4802.20技术,6.4802.20技术,6.4.1802.20技术特性6.4.2802.20与其他技术间的关系6.4.3802.20展望,6.4.1802.20技术特性,在物理层技术上，以OFDM和MIMO为核心，充分挖掘时域、频域和空间域的资源，大大提高了系统的频谱效率。在设计理念上，基于分组数据的纯IP架构应对突发性数据业务的性能也优于现有的3G技术，与3.5G(HSDPA、EV-DO)性能相当。另外，在实现、部署成本上也具有较大的优势。,1.系统性能指标,不同场景下的频谱效率,2.纯IP架构,IEEE802.20秉承了IEEE802协议族的纯IP架构。纯IP架构，与3GPP和3GPP2所提出的全IP概念有所不同前者是核心网和无线接入网都基于IP传输而后者仅仅实现了核心网的IP化设计架构的差异使802.20与其它3G技术相比具有明显的优势。,6.4802.20技术,6.4.1802.20技术特性6.4.2802.20与其他技术间的关系6.4.3802.20展望,1.与802.11、802.16间的关系,802.11和802.16主要是针对牧游式的无线接入，提供步行速率的移动性。802.20的目标市场定位于无线