现代通信网无线接入技术

第9讲无线接入技术1整理ppt无线接入标准及分类1几种主要的无线接入技术介绍2移动无线接入技术1固定无线接入技术2无线接入技术后续演进32整理ppt无线接入概述无线接入从交换节点到用户终端间的局部或全部采用无线传输的接入技术无线接入网分类根据接入终端的移动性，分为移动无线接入和固定无线接入两大类固定无线接入技术面对固定位置的用户或仅在小范围内移动的用户群体移动无线接入技术效劳的对象是移动终端，即蜂窝移动系统根据覆盖范围，分为无线个人局域网WPAN、无线局域网WLAN、无线城域网WMAN和无线广域网WAN3整理ppt标准化组织欧洲电信标准化协会EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute电气和电子工程师协会

InstituteofElectricalandElectronicsEngineers第三代合作伙伴方案

3GPartnershipProject第三代合作伙伴方案2

3GPartnershipProject2GERANUMTS(TDD,FDD)LTE(TDD,FDD)CDMA20001X/DO4整理ppt常见的无线接入技术标准IEEE802.20〔proposed〕802.20固定无线接入移动无线接入5整理pptWPAN、WLAN、WMAN、WWAN简介WPAN个人局域网：<10米用无线方式代替传统的有线电缆以低价格和低功耗在10米范围内实现个人信息终端的智能化互联，组建个人化的信息网络。从计算机网络的角度看，PAN是一个局域网；从电信网络的角度看，PAN是一个接入网，因此PAN称为电信网络"最后一米"的解决方案。6整理pptWPAN、WLAN、WMAN、WWAN简介WPAN个人局域网：<10米主要实现技术Home

RF：2.4GHz不需申请许可证的ISM工作频段，最大功率为100mW，有效范围约50m，可支持10Mbps的数据速率，支持数据与语音业务IrDA〔红外线数据InfraredDataAssociation〕：可支持16Mbps的数据速率，传输距离一般都在30公分-3米左右〔视功率而定〕，角度限制在30-120度蓝牙(Bluetooth)：2.4GHz工作频段，最大功率100mW，有效范围100m，可支持1Mbps的数据速率，支持数据与语音业务IEEE802.15.3/4-超宽带(UWB)：“无线USB2.0〞，10m以内的近距离高速无线传输接口，目前数据速率已达100Mbps7整理pptWPAN、WLAN、WMAN、WWAN简介WLAN无线局域网局域网(localareanetwork)，是处于同一建筑、同一大学或者方圆几公里远地域内专用网络。局域网常被用于连接公司办公室或工厂里的个人计算机和工作站，以便共享资源〔如打印机〕和交换信息。无线局域网WLAN是固定局域网的一种延伸。没有线缆限制的网络连接。对用户来说是完全透明的，与有线局域网一样。局域网特点：一般不大于10公里，而且通常只使用一种传输介质；地域上看局域网通常是用在一座建筑物或一个工厂内，使用上通常是某一单位或某一部门使用，规模上一般不超过几百个用户。8整理pptWPAN、WLAN、WMAN、WWAN简介WLAN无线局域网主要分为两大协议体系：IEEE802.11协议标准体系和欧洲ETSIHIPERLAN协议标准体系通常所说的WLAN即是IEEE802.11系列标准Wi-Fi是无线局域网联盟〔WLANA〕的一个商标，该商标仅保障使用该商标的商品互相之间可以合作，与标准本身实际上没有关系。但是后来人们逐渐习惯用WiFi来称呼802.11b协议9整理pptWPAN、WLAN、WMAN、WWAN简介WMAN无线城域网城域网〔metropolitanareanetwork〕，或者称MAN，根本上是一种大型的LAN，通常使用于LAN相似的技术。它可以覆盖一组邻近的公司办公室和一个城市，既可能是私有的也可能是公用的。MAM可以支持数据和声音，并且可能涉及到当地的有线电视网。MAN仅使用一条或两条电缆，并且不包含交换单元，即把分组分流到几条可能的引出电缆的设备。这样做可以简化设计。WMAN是一种可涵盖城市或郊区等较大地理区域的通过无线接入的城域网。比局域网更大，通常覆盖一个城市，从几十公里到100公里不等。10整理pptWPAN、WLAN、WMAN、WWAN简介WMAN无线城域网WMAN应用“最后一里〞技术将用户站点和基站连接起来，为有线网络连接技术如DSL、电缆和光纤技术提供了一种无线选择主要分为两大协议体系：IEEE802.16协议标准体系和欧洲ETSIHIPERMAN协议标准体系，WiMax是一种由WiMAX论坛提出的一种应用于802.16产品的标准。WiMAX联盟旨在对基于IEEE802.16标准和ETSIHiperMan标准的宽带无线接入产品进行一致性和互操作性认证11整理pptWPAN、WLAN、WMAN、WWAN简介WWAN广域网广域网(wideareanetwork〕，或者称WAN,是一种跨越大的地域的网络，通常包含一个国家或州。一切大于城域网的网都可称为广域网。WWAN即是通过无线接入的WAN,行动及数据效劳所使用的数字移动通讯网络，由电信运营商所经营。使用2G、3G、IEEE802.16及802.20以及LTE等移动网络技术提供高性能的接入能力，为移动用户的随处接入提供移动无线效劳(无线WAN)无线广域网络的连线能力可涵盖相当广泛的地理区域，但数据传输速率偏低；全球的无线广域网络主要采用两大技术——分别是GSM及CDMA技术，都逐步向宽带化开展12整理ppt-13-移动接入宽带化、固定宽带接入移动化

13整理ppt无线接入标准及分类1几种主要的无线接入技术介绍2移动无线接入技术1固定无线接入技术2无线接入技术后续演进314整理ppt移动技术的演进演进趋势：OFDM＋MIMO是技术开展的趋势扁平化网络架构多媒体业务和应用移动数据业务迅猛开展，为进一步在移动数据业务中盈利，运营商们积极准备现有移动网络的升级演进15整理ppt2.1移动无线接入技术2.1.1GSM/GPRS/EDGE介绍2.1.2WCDMA-HSPA/CDMA1X-EVDO/TD-SCDMA介绍2.1.3Wimax/LTE介绍16整理pptGSM/GPRS/EDGE简介GSM系统全称全球移动通信系统(GlobalSystemforMobileCommunication，GSM)，它依照欧洲通信标准化委员会(ETSI)制定的GSM标准研制而成，是第二代移动通信技术〔2G〕。GPRS：英文全称GeneralPacketRadioService，中文名称是通用分组无线业务,GPRS是在GSMPhase2+阶段引入的分组型数据业务，为用户提供端到端的基于分组交换和传输技术的移动数据业务。可有效地利用无线资源和网络地面资源，特别适合于长时间、小流量的突发数据业务。速率可达171kbps17整理pptGSM/GPRS/EDGE简介EDGE：英文全称EnhancedDataRateforGSMEvolution，中文全称是增强数据速度的GSM演进方案,EDGE主要采用了一种新的调制方法，即8PSK调制技术。它的有效载荷是GMSK的303%，能提供更高的比特速率和频谱效率,一个EDGE时隙最多可以处理59.2Kbps，而当8个时隙全被使用时总处理能力可达473.6Kbps。E-EDGE：Evolution-EDGE,包括DLDC,MSRD,LatencyReduction和EGPRS2功能，大大提升用户速率；3GPP在Rel7版本引入了E-EDGE技术，理论上单用户速率可以到达1.184Mkbps，而且时延降到100ms以下。18整理pptGSM/GPRS/EDGE简介1989年，GSM标准生效；1991年，GSM系统在欧洲商用，移动通讯进入第二代；1994年，GSM进入中国；2021年，GSM用户〔不包含WCDMA)到达38亿，普及全球212个国家；19整理pptGSM/GPRS/EDGE简介20整理pptGSM/GPRS/EDGE简介21整理pptGPRS/EDGE/E-EDGE数据性能22整理ppt提高话音容量的技术GSM新技术AMR—动态管理话音质量和错误控制，提高容量；紧密频率复用技术：DPC—提高功率控制速度〔2.08Hz〕和精度，减少同频干扰；FH—跳频技术；对话音业务信道可以进行快速的频率转换，以便实现紧密频率复用，使得频率复用系数最高可以到达reuse=1的极限；DTX—当用户静默时，用户业务信道可以停止传输，降低频率间干扰；DFCA—业务信道以及切换时分配的信道可以根据频点和信道的无线情况进行动态分配；23整理ppt提高话音容量的技术GSM新技术MRxD—MobileReceiveDiversity；终端接收分集，双接收天线；IC—同频干扰消除；TD—基站天线发射分集，提高前向容量；由于GSM相对CDMA的标准化要早很多，因此很多技术在最早的版本中并没有得到应用；不是每一个技术都能够容易的在商用网络中实施，特别是GSM，其很多技术都需要全网的时钟同步，而这一点目前还没有商业网络能够真正实施。实际上CDMA1x在第一版商用标准中就已经包含很多GSM后来改进的技术：24整理ppt提高话音容量的技术CDMA新技术4GV—根据话音的质量和速率动态选择话音编码算法；HR—半速率话音；根据扇区的话音容量，动态选择支持半速率话音，此时在CDMA系统中仍可以提高20%的扇区话音容量；IC—InterferenceCancellation；同频干扰消除；此技术可以给CDMA1x的话音容量带来50%的提高潜力；同GSM的IC技术；25整理ppt提高话音容量的技术CDMA新技术TD—基站天线发射分集；提高前向容量；实际上这项技术在CDMA1x的初始版本标准中就已经定义了，只是由于是可选项，因此没有真正的应用起来；MRxD—终端接收分集；由于CDMA1x的容量为前向受限，因此MRxD所带来的好处要远超过此项技术给GSM带来的好处；MRxD在CDMA1x网络中可以提高35%的覆盖以及接近50%的话音容量提升；26整理pptGSM语音容量及与CDMA1x的比照27整理pptGSM/EDGE网络全球商用情况28整理pptGSM全球商用用户数29整理ppt2.1移动无线接入技术2.1.1GSM/GPRS/EDGE介绍2.1.2WCDMA-HSPA/CDMA1X-EVDO/TD-SCDMA介绍2.1.3Wimax/LTE介绍30整理ppt3G技术CDMA2000,WCDMA,TD-SCDMA简介3G是英文3rdGeneration的缩写，指第三代移动通信技术；国际电信联盟(ITU)在2000年5月确定W-CDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三大主流无线接口标准，写入3G技术指导性文件?2000年国际移动通讯方案?(简称IMT-2000)WCDMA，全称为WidebandCDMA，也称为CDMADirectSpread，意为宽频分码多重存取，这是基于GSM网开展出来的3G技术标准，是欧洲提出的宽带CDMA技术，它与日本提出的宽带CDMA技术根本相同，目前正在进一步融合；31整理ppt3G技术CDMA2000,WCDMA,TD-SCDMA简介CDMA2000是由窄带CDMA(CDMAIS95)技术开展而来的宽带CDMA技术，也称为CDMAMulti-Carrier，由美国高通北美公司为主导提出，成为3G技术中进展最快，商用最成熟的技术；TD-SCDMA是由中国大陆单独制定的3G标准，1999年6月29日，中国原邮电部电信科学技术研究院(大唐电信)向ITU提出。该标准将智能无线、同步CDMA和软件无线电等当今国际领先技术融于其中，在频谱利用率、对业务支持具有灵活性、频率灵活性及本钱等方面的独特优势。由于中国内的庞大的市场，该标准受到各大主要电信设备厂商的重视，全球一半以上的设备厂商都宣布可以支持TD-SCDMA标准；32整理pptCDMA技术比照WCDMATD-SCDMACDMA2000载波带宽5M*21.6M1.25M*2码片速率3.84Mc/s1.28Mc/s1.228Mc/s双工方式FDDTDDFDD帧长10ms10ms(子帧5ms)20ms信道编码卷积码、Turbo码卷积码、Turbo码卷积码、Turbo码调制方式QPSK/BPSKQPSK/8PSK数据调制：QPSK/BPSK功率控制开环结合快速闭环开环结合闭环开环结合快速闭环功率控制速率1500次/s200次/s800次/s基站同步同步/异步同步同步33整理ppt单载波语音容量比照CDMA和WCDMA系统同属于码分多址系统，工作原理根本相同，都是受限于反向容量，容量分析过程也根本相同，CDMA系统中，用户共用相同的频点，在反向链路，当移动台没有足够功率以克服来自其它用户的干扰时，系统到达反向的最大容量在TD-SCDMA系统中，一个信道就是载波、时隙与扩频码的组合，也叫一个根本资源单位〔BaseResourceUnit〕。TD一个时隙内由一个16位扩频码划分的信道是最根本的资源单位，即BRU。不同业务占用的BRU个数是不一样的，而一个载频下，所能提供的最大BRU个数是固定。单载扇最大用户数CDMA(1.25M+1.25M)WCDMA(5M+5M)TD-SCDMA(1.6M)理论计算4710923同等带宽下单载扇最大用户数CDMA(5M+5M)WCDMA(5M+5M)TD-SCDMA(10M)估计值>141109>11534整理ppt峰值速率比照3载波捆绑，EV-DORev.B第一阶段实现峰值速率前向9.3Mbps，反向5.4Mbps3载波捆绑，EV-DORev.B第二阶段前向峰值速率提高到14.7Mbps35整理ppt5MHz带宽组网时的平均扇区吞吐率比照

前向（bps）反向（bps）GPRS140-220

(1/3reuse,CS1-CS4)230

(1/3reuse,CS1-CS4)EDGE430-506

(1/3reuse,4timeslots,FL2Tx)475

(1/3reuse,4timeslots)WCDMA840-1200

(6sectororFL2Rx)1028-1200

(6sectororRL4Rx)1X1147.5-1575

(6sectororFL2RxorIA)1275-1575

(6sectororRL4RxorIA)EV-DO6375

(RevB,6sectororIA)2700-3924

(RevB,6sectororRL4RxorIA)HSDPA4356-5200

(FL2Rx&Equalizer)2244-3400

(6sectororRL4Rx)平均吞吐量EVDO与HSDPA相当36整理pptWCDMA-HSPA网络频谱分布37整理pptWCDMA-HSPA商用网络数38整理pptWCDMA-HSPA用户数HSPA用户数所占比例缺乏45%39整理pptCDMA1X-EVDO网络频谱分布40整理pptCDMA1X-EVDO商用网络数41整理pptCDMA1X-EVDO商用用户数EVDO用户数增长迅速42整理ppt全球WCDMA/CDMA2000商用终端开展情况截至2021年4月：共计有2500款WCDMA终端共计有2349款HSPA终端共计有2350款CDMA2000终端共计有791款CDMA2000EVDO终端43整理ppt国内三家运营商频段分配2G系统频段2G频段频带宽CDMA825~835

870~88010MGSM900885~915

930~96030MGSM18001710~1755

1805~185045M3G频段频带宽EVDO1920~1935

2110~212515MWCDMA1940~1955

2130~214515MTDSCDMA1880~1900

2010~202510M、15M3G系统频段注1：2021年2月，政府主管部门已明确要求所有PHS频段〔1900-1920MHz〕应在2021年底前完成清频退网工作，以确保不对1880-1900MHz频段TD-SCDMA系统产生有害干扰。注2：电信村通采用450M频段〔UL：450-457M；DL：460-467M〕，与目前频率分配政策也存在一定冲突。

44整理ppt国内3G用户规模2021年1月，工信部发布我国2021年年度3G用户数据，年底3G累计到达1500万户，中国电信EVDO用户到达675万户；中国移动TD-SCDMA用户到达551万户；中国联通WCDMA用户到达274万户；注：EVDO用户是数据用户，而TD和WCDMA用户是语音和数据混合用户；45整理ppt全球3G网络分布及开展特征WCDMA在欧洲的强势地位稳固HSDPA商用网络部署速度加快；WCDMA用户开展快于cdma2000；欧洲WCDMA用户规模开展提速。CDMA20001x建设重心在东亚，并蔓延到中东和非洲TD－SCDMA在中国政府支持下稳步开展国际上出现了第二次3G开展顶峰，3G产业己逐渐步入良性开展的环境；包括HSPA和EV-DO在内的3G增强型技术已经成为3G开展的主流技术。46整理ppt2.1移动无线接入技术2.1.1GSM/GPRS/EDGE介绍2.1.2WCDMA-HSPA/CDMA1X-EVDO/TD-SCDMA介绍2.1.3Wimax/LTE介绍47整理ppt什么是LTE？LongTermEvolution，又称E-UTRA/E-UTRAN，和3GPP2UMB合称E3G〔Evolved3G〕LTE是以OFDM为核心的技术，为了降低用户面延迟，取消了无线网络控制器〔RNC〕。与其说是3G技术的“演进〞〔evolution〕，不如说是“革命〞〔revolution〕。这场“革命〞是系统不可防止的丧失了大局部后向兼容性，也就是说，从网络侧和终端侧都要做大规模的更新换代。因此从技术归属上，可以将LTE看作4G范畴。LTE的起因：在2004年WiMAX对UMTS技术产生挑战〔尤其是HSDPA技术〕时，3GPP急于开发和WiMAX抗衡的、以OFDM/FDMA为核心技术、支持20MHz系统带宽的、具有相似甚至更高性能的技术。长期上也可以在IMT-Advanced标准化上先发制人。48整理ppt

WiMAX：WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess

微波接入全球互操作性认证联盟背景一个无线宽带接入系统设备厂商，元器件、软件和业务提供商组成的非赢利性组织

推广WiMAX品牌和基于802.16和ETSIHiperMAN标准的产品互操作性认证成立于2001-4，基于802.16标准

2005年认证基于802.16-2004的产品——WiMAX2006年认证基于802.16e产品——移动WiMAXWiMAX论坛

49整理ppt802.16a(2003)频率:2-11GHz非视距固定宽带无线接入802.16(2001)频率:10–66GHz基于视距固定宽带无线接入802.16c(2002)增补兼容性标准10-66GHz802.16-Revd(July2004)802.16,802.16a的整合和修订固定宽带无线接入Approvedas802.16-2004频率:2–66GHz802.16e(Dec2005)支持移动的宽带接入Approvedas802.16-2005频率:<6GHz802.16标准开展50整理ppt关键技术比较序号条目LTEWiMAX1支持的信道带宽1.4,…,20MHz多种1.25,…,20MHz多种2频带IMT-2000bands(#2GHz)2.3,2.5,3.5GHz3双工方式FDD/TDD，常用FDDTDD/FDD，常用TDD4下行接入OFDMA/TDMAOFDMA/TDMA5上行接入SC-FDMAOFDMA6MIMO技术基于预编码的SU-MIMO和MU-MIMO，天线配置最高4X4基于STC和SM自适应切换的MIMO,天线配置最高4X27下行调制QPSK/16QAM/64QAMQPSK/16QAM/64QAM8上行调制QPSK/16QAM/64QAMQPSK/16QAM9编码TurboCC、Turbo、LDPC10AMC支持支持11HARQ支持CC/IR最多16个12QoS支持支持从上表看出，LTE和WiMAX使用的关键技术有相同的技术，也有不同的技术，即使同样的技术但也不是完全相同，比方都使用MIMO技术，但是LTE/WiMAX具体的MIMO实现方式是不同的。从技术复杂性来看，LTE最复杂，WiMAX次之.51整理ppt扇区峰值速度序号条目LTE(5MHz+5MHz带宽)WiMAX(10MHz带宽，DL/UL=3:1)下行峰值速率（Mbps）SISO23.3223.041X2SIMO2X2MIMO46.6446.08上行峰值速率（Mbps）SISO23.321X2SIMO4.032X2MIMO8.06同等带宽下，下行WiMAX比LTE绍低；上行方面，WiMAX在10M带宽下上行比率为3：1时，WiMAX和LTE相差较大。LTE可以配置FDD方式20MHz带宽，WiMAX只能配置TDD方式20MHz带宽，LTE与WiMAX相比可以到达更高的峰值速率。52整理ppt小区频谱效率Ericsson〔左图〕和3GAmericas〔右图〕的比较结果是一致的：HSPA+的频谱效率高于WiMAX，当然LTE更高于HSPA+，尽管WiMAX可以通过改变上下行比率来提高低行的频谱效率，但同时上行的频谱效率也降低了。53整理ppt全球LTE网络商用情况54整理ppt服务提供商系统提供商芯片提供商内容提供商20062009500+沃达丰GoogleCisco终端提供商WiMAX产业链和Roadmap55整理pptUMPCMIDBroadbandaccess/EnterpriseData+Voice/PersonalPCMCIAExpressUSBdongleModemHandsetSurvaillancePre-WiMAXCPEcost＄300-＄1,000802.16dCPEcost＄200-＄6002005-20062007-2021802.16ePCMCIA＄100-＄200Lessthan＄30embedded(2021)Lessthan＄20embedded(2021)WiMAX终端产业链进展

56整理pptWiMAX的开展瓶颈标准制定方面802.16e标准化工作正在进行，除空中接口标准尚未完成以外，802.16还存在一个问题就是缺乏网络标准、标准体系不完善。802.16仅仅标准了基站和移动台之间的空中接口，没有规定基站和基站之间，基站和网络侧的协议。在切换、移动性管理〔寻呼〕和终端状态管理〔激活和休眠的转换〕等与蜂窝组网有关的方面，还不够成熟，需要进一步完善。频率问题目前已经认可的是3.4～3.8GHz许可证频率〔ETSI，国际MMDS〕和5.725～5.85GHz免许可证频率。很多国家允许使用更高的频率，将其当作5GHz免许可证频段的一局部，但由于其穿透力差，使用这些频率的WiMAX系统不可能和LTE竞争。57整理ppt全球WiMAX网络建设58整理pptWiMAX网络频谱分布59整理ppt无线接入标准及分类1几种主要的无线接入技术介绍2移动无线接入技术1固定无线接入技术2无线接入技术后续演进360整理pptWLAN开展历程IEEE推出的第一代WLAN标准2.4G频段传输速率1M或者2M11b2.4G频段、11a5.8G频段11b传输速率提高到5.5M和11M11a传输速率提高到54M11a和11b不兼容1997199920042021.91997802.11802.11a/b802.11g802.11n2.4G频段传输速率提高到54M兼容11b目前主流协议包括2.