《现代通信网及其关键技术》8宽带无线接入

1、IEEE 802委员会对BWA展开全线标准化 802.11： WLAN，无线局域网 802.15： WPAN，无线个域网 802.16： WMAN，无线城域网 802.20： MBWA，移动宽带无线接入 802.22： WRAN，无线区域网 WWAN：无线广域网正在走向宽带，例如3G BGAN： 卫星网正在提供全球无缝宽带接入,无线接入的国际标准- IEEE 802 (又名局域网/城域网标准委员会-LAN /MAN Standards Committee),1. WPAN无线个域网,IEEE 802.15 Wireless Personal Area Network 覆盖范围： 10m 子标准

2、 802.15.1：WPAN，无线个域网 Blue Tooth：蓝牙技术 802.15.3：HR-WPAN，高速无线个域网 UWB：Ultra Wide Band，超宽带无线技术 1Gb/s，例如：Wireless USB 802.15.4：LR-WPAN，低速无线个域网 无线传感器网，250kb/s、30m,蓝牙技术 蓝牙技术的典型应用是在无线个人网络（WPAN），IEEE 802.15标准就是为WPAN开发的，目前已发展成为短距离个人无线网络的标准。 1)IEEE 802.15标准,2)蓝牙系统结构 蓝牙系统一般由天线单元、链路控制（固件）单元、链路管理（软件）单元和蓝牙软件（协议栈）单元

3、组成,（1）蓝牙工作频段为全球通用的2.4GHz工业、科学和医学（Industry Science and Medicine，ISM）频段。 （2）蓝牙的数据传输速率为1Mbit/s。 （3）蓝牙基带协议是电路交换与分组交换的结合。 一个蓝牙网络由一台主设备和多个辅设备组成，它们之间保持时间和跳频模式同步，每个独立的同步蓝牙网络可称为一个“微微网”。,蓝牙技术基本特点 使用2.4GHz频带，毋需申请，具有全球推广价值 低功率、短距离，发信机额定输出功率传输距离10cm10m，增大发射功率后距离可扩展到100m 采用跳频扩频通信方式抗衰落、抗干扰，并采用快跳频、短分组、快速确认方法进一步提高抗衰

4、落、抗干扰性能，提高传输的可靠性,2. WMAN无线城域网,IEEE 802.16：无线城域网（城域接入网） Wireless Metro Area Network 宽带无线城域接入规范，以固定城域接入为主 提供电信级的服务和QoS保证 IEEE 802.16则是为制订无线城域网(Wireless MAN)标准成立的工作组，该工作组自1999年成立后，主要负责固定无线接入的空中接口标准，并没有引起很大的关注。 自从支持移动特性的802.16e任务组成立以及很多主流设备制造商加盟WiMAX后，IEEE 802.16e吸引了越来越多的目光,IEEE 802.16 无线城域网标准 WiMAX-Wor

5、ldwide Interoperability for Microwave Access (微波接入全球互操作产业联盟） （包括 802.16/a/c/d/e/f/g七个标准） 802.161066GHZ 固定宽带无线接入 802.16a211GHZ 固定宽带无线接入 802.16c1066GHZ 固定宽带无线接入增补 802.16d266GHZ 固定宽带无线接入 802.16e26GHZ 固定和移动宽带无线接入 802.16f 266GHZ 固定宽带无线接入增补 802.16e26GHZ 固定和移动宽带无线接入增补,3. WWAN无线广域网,WWAN：无线广域网（Wireless Wide

6、Area Network） 移动通信正在走向宽带，例如3G 3G的主要标准 W-CDMA、CDMA 2000、TD-SCDMA 高速无线接入 W-CDMA：接入速率2Mb/s，移动时会下降 HSDPA：高速下行链路分组接入（High Speed Downlink Packet Access），接入速率可达10Mb/s以上,4. 其它BWA技术,IEEE 802.20：移动宽带无线接入(MBWA) 尽管传输速率及范围只有WiMAX的一半，但802.20却拥有更出色的移动性能，其时间迟延只有10毫秒，而3G的标准是500毫秒；并且在250Km/h状态下还能保持通讯不中断，而WiMAX只能达到120

7、Km/h，竞争802.16与3G IEEE 802.22： 无线区域网（WRAN， Wireless Regional Area Network） 充分利用无线电视的频段和基础设施 使用感知无线电技术,WiMAX组网技术,IEEE 802.16演进策略,Wi-Fi/WiMAX/3G第一阶段混合组网,Wi-Fi/WiMAX/3G第二阶段混合组网,Wi-Fi/WiMAX/3G第三阶段混合组网,2001年4月，由业界领先的通信设备公司及器件公司共同成立了一个非盈利组织-微波接入全球互操作性认证联盟WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Acce

8、ss)。 基于IEEE 802.16标准的宽带无线接入产品进行一致性和互操作性认证。 它是针对微波频段提出的一种新的空中接口标准。,8.5.3 WiMAX及无线城域网WMAN,无线本地回路（WiMax）,无线城域网802.16也称WiMax，在用户站点和核心网络（如公共电话网，Internet）之间提供数字电话、因特网访问、远程局域网连接、电视和无线电广播等服务。 802.16定义了用户收发机同基站收发机之间的无线接口。,1. 802.16概述,WiMAX：Worldwide Interoperability for Microwave Access WiMAX论坛（WiMAX Forum）用

9、来描述基于802.16系列协议的网络系统 固定WiMAX：802.16-2004（802.16d） 移动WiMAX：802.16e-2005（802.16e） WiMAX论坛 由运营商和设备制造商联合成立的非赢利性产业联盟 目标：促进基于802.16系列标准的产品和系统的应用，保证产品之间的兼容性和互操作性 职责：共设立9个工作组，围绕产品认证、网络架构研究、业务和应用模式推广、频谱管理等开展工作，并协调WiMAX系统和其他标准化组织的联系,IEEE 802.16工作组：制定空中接口规范，包括物理层和MAC层 WiMAX论坛：制定基于802.16技术的完整的网络系统，并且推动该系统的商业应用,

10、IEEE 802.16d协议,IEEE 802.16d是目前所有标准中相对比较成熟并且最具实用性的一个版本。 IEEE 802.16协议中定义了两种网络结构：点到多点(PMP)结构和网格(Mesh)结构。,2.网络拓扑结构,点对多点（PMP：Point-to-MultiPoint）,由一个中心基站（BS：Base Station）和一组由该基站管理的用户站（SS：Subscriber Station）组成 SS一般以建筑物（家庭或者商业机构）为服务单位 BS连接到核心网络，为SS提供最后1公里接入服务 在下行信道中，BS是唯一的发射单元 上行信道为时分复用（TDD）和按需复用相结合 BS在广播

11、消息中指定特别的竞争信道，SS根据业务需求在竞争信道上提出带宽申请 BS指定SS在上行信道的固定位置发送业务数据 BS与SS建立连接，并且通过轮询、竞争、主动带宽授权等调度方式来管理连接,下行：从BS到SS的传输 上行：从SS到BS的传输,网状（Mesh）,可选支持选项 目的：扩大覆盖、增加系统容量 数据传输路径不仅仅在BS和SS之间，SS之间也可以进行数据传输 采用分布式调度算法来对数据传输进行控制 所有节点向其邻居广播调度信息，包括可用资源、资源申请和许可情况,自组织网络，但复杂度高,网络应用模型,如不特别强调，网络应用模型一般基于PMP,802.16系统框架图,一个完整的802.16系统

12、应包含的网络实体有：用户设备(UE)，用户站(SS)，基站(BS)，核心王CN)。,3.2 802.16-2004,2004年发布，基于802.16、802.16a、802.16c等几个版本 包括物理层和MAC层规范,物理层（PHY）,安全子层,MAC公共部分子层（MAC CPS）,业务汇聚子层（CS）,MAC层,802.16系列协议的MAC层的最主要的特征是提供面向连接的服务，引入了服务质量（QoS）支持，可为每个连接设置不同的QoS参数，包括带宽、延迟和延迟抖动等,CS SAP,MAC SAP,PHY SAP,802.16d的协议栈模型,WiMAX应用场景,固定场景固定接人业务 游牧场景-

13、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人; 便携场景-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。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( 2s)的业务中断或者感到一些延迟。切换过程结束后， TCPI IP应用对当前IP地址进行刷新，或者重建IP地址。,简单移动场景-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60kmh - 120kmh时，数据传输速度将有所下降。这是能够 在相邻

14、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内，在最差的情况下， 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。 自由移动场景-用户可以在移动速度为120kmh甚至更高的情况下无中 断地使用宽带元线接入业务，当没有网络连接时，用户终端模块将处于低功耗模式。 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 (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VoIP( MVoIP)等业务，同时它们也是占用无线资源较多的业务。,802.16

15、应用场景,无线通信技术一直都在不断发展，但当前却处于一个前所未有的变革期， 新兴的4G空中接口如WiMAX、LTE ( Long Term Evolution长期演进) 、UMB(Ultra Mobile Broadband超宽带移动技术） 、802.20、WiBRO(Wireless Broadband access service)以及下一代PHS等等都有一个共同的特点： 即都是基于正交频分多址接入(OFDMA)、 都采用MIMO(多入多出)技术、 都具有“扁平化架构”且均基于IP(互联网协议)。,LTE与其他技术传输成本的比较,8.5.4宽带无线接入的应用:无线城市,无线城市(Munic

16、ipal Wireless)就是在整个城市的范围内实现无线网络的覆盖，提供随时随地的 宽带无线Interet接入服务。 无线城市是指利用多种无线接入技术，为整个城市提供随时随地随需的无线网络接入。 在无线城市的覆盖 区域内，用户可以通过无线方式用各种便携式终端，看网络电视、随时召开或参加视频会议、无线文 件传输、无线网络硬盘、移动电子邮件等，享受无处不在的网络服务。,无线城市，是一张多层次、全覆盖、具有宽带、泛在、融合特性的信息网络，使得用户根据应用和场景自由切换，随时接入最佳网络，为市民构建一个能够便捷、安全、迅速接入信息世界的通道，它是所有数字化、智慧化信息应用的基础； 同时无线城市也是一张融合了互联网、移动互联网和物联网的信息应用平台，通过聚合大量信息内容和应用，能够为市民的购物、出行、学习、教育、保健等方面提供便利，能为为企业的开张、销售、宣传、管理等方面提供有力工具，能够为政府的政务公开、监督、城市管理等方面提供有益帮助。,从技术角