接入网技术第5章.ppt

1、第五章 无线接入技术,无线接入技术是正在迅速发展的新技术，它在本地网中的重要性日益增长。作为一种先进手段，无线接入实施接入网的部分或全部功能，已成为有线接入的有效支持、补充与延伸。广义上说，无线接入包括固定接入和移动接入，固定接入由于不需要移动通信的漫游、切换等功能而简单得多。 优势：无需缆线类物理介质，采用无线传播，降低了成本，提高设备灵活性和扩展传输距离。 缺点：保密性差、传输质量不高、价格相对昂贵，难以达到很高速率（如1Gb/s），易于受到干扰。,目前，IEEE802.11工作组在无线局域网（WLAN）领域已经制定了一系列标准并投入应用，它的应用已经进入快速发展期。 IEEE802.15

2、工作组在无线个域网（WPAN）也进行了广泛的工作。 IEEE802.16工作组在无线城域网（WMAN）领域已经制定了基本标准，正在积极开发产品并进行系统的试运行。这些都说明宽带无线接入（BWA）技术已经进入快速发展期。,5.1 无线接入信道的特点5.2 无线接入的基本技术5.3 3.5GHz固定无线接入5.4 无线ATM接入5.5 无线接入新技术,无线接入系统采用无线传输技术，通过空间电磁波来传输信息，无线传输所占用的信道即称为无线信道。有多径传播问题。电波的传播主要有反射、衍射和散射三种形式。 5.1.1 反射、衍射和散射 在无线信道中，视线方向上存在很多的障碍物，电磁波在传播时，如果遇到障

3、碍物，并且此障碍物大小与波长相比很大，那么电磁波就会发生反射。如果障碍物有比较尖锐的断面，那么电磁波会发生衍射；如果有很多远小于波长的障碍物，那么电磁波就会发生散射。,5.1 无线接入信道的特点,5.1.2 衰落与多径传播 在无线信道中，电磁波传播时由于各种反射、衍射和散射，会产生大量的传播路径。在接收端来自不同方向、通过不同传播路径的电磁波经由同一天线接收，会在天线处通过矢量叠加得到合成信号，形成多径传播。对于移动通信系统中的移动台来说，可以在很短的时间内快速地跨越很短的距离，所接收的能量会起伏不定呈现明显的随机波动现象，这种现象成为衰落。,衰落分为快衰落和慢衰落。 由于多径传播所接收的能量

4、波动变化很快，叫做快衰落，也称为小尺度衰落； 当接收天线向远离发射天线方向运动时，即便没有多径传播，能量也会衰落，但是这种衰落相比于多径传播造成的能量波动变化非常缓慢，因此，将这种衰落称为慢衰落，也称为大尺度衰落。,一、影响衰落的因素 无线信道中很多的因素会影响衰落，其中包括以下几种。 1多径传播； 解决方法：降低码元速率，加长码元周期。 2移动台的移动速度； 接收天线和发射天线间的相对运动会产生多普勒频移，各个多径信号的多普勒频移不会是相同的，这样由于多普勒频移所产生的调频和相位也就不同。 3信道中障碍物的移动速度； 4信号的带宽。 多径信道可以看成是一个时变系统，如果信号的带宽大于多径信道

5、的带宽，那么接收信号就会失真。,二、衰落类型 信道参数（时延和Doppler扩展）以及信号参数（带宽、符号间隔）共同决定了发射信号所经历的衰落特性，根据这些参数可以将信道进行分类。 1多径时延扩展产生的衰落效应 多径时延产生的衰落分为两类，即平坦衰落和频率选择性衰落。 （1）平坦衰落：如果无线信道带宽大于发射信号带宽，并且信道频率相应的幅度近似为常数，相位为线性，那么信号的频谱会保持不变，但是信道增益会随时间而变化，这种衰落称为平坦衰落。 （2）频率选择性衰落：如果信道的带宽小于信号的带宽，那么接收信号中各频率分量的增益不同，信号波形失真，这种衰落称为频率选择性衰落。,5.2 无线接入的基本技

6、术,在无线接入系统中，由于采用无线接入手段，系统具有频率资源有限及信道传播条件恶劣等特点，并存在通信安全性等问题。针对这些问题，无线接入的内容包括信源编码和信道编码、多址调制技术、信号接收技术、信息安全技术和无线空中接口等。,5.2.1 信源编码与信道编码技术 一、信源编码技术 信源编码就是将来自模拟信源或离散信源的信号变换为适合于在数字通信系统中传输的数字信号。在无线接入系统中，为了提高系统频率利用率，除调制技术外，还有话音编码技术。话音编码主要有波形编码、参量编码和混合编码三大类。,波形编码是对模拟话音信号取样、量化后直接编码形成数字信号，在接收端通过解码恢复原始信号的话音波形。主要有PC

7、M, 等技术。编码速率一般为1664kbit/s ；因其占用频带较宽，不能直接用于频率资源受限的无线信道。 参量编码是将模拟话音信号取样、量化后提取出话音的特征参量，然后对这些特征参量进行编码而形成数字信号。这种编码技术不真实反映输入语音的原始波形，而是只确保语音的可懂度和清晰度，编码速率很低，可压缩到2.4kbit/s以下。参量编码又可分为线性预测编码(Liner predictive Coder,LPC)和声码器两种。 线性预测编码速率为2.44.8kbit/s，这种方法对话音信息的压缩很大，但损失了话音的自然度，抗噪能力差。,混合编码具有波形编码和参量编码两种特点，不但对话音信号的特征参

8、量进行编码，而且对原始信号的部分波形进行编码。数字蜂窝移动通信中的话音编码都采用混合编码。采用不同的激励源构成了不同的编码方案。 最早的实用混合编码方案是多脉冲线性预测编码方案（Multiple Pulse-LPC,MP-LPC）,典型的有： 1）规则脉冲激励长时预测编码（Regular Pulse Excited-Long Term Prediction,RPE-LTP）,应用于全球数字移动通信系统（Globle System for Mobile Communication,GSM），标准速率是13kbit/s； 2）码激励线性预测编码（Code Excited Liner predict

9、ion Coding,CELPC）,这种方案是采用码本作为激励源的一种编码方法，北美数字移动通信中的矢量和激励线性预测编码（VSELP）方案就是采用的码本激励。,在无线接入系统中，频率资源有限，且信道的传播条件差，要满足用户话音质量的要求，数字话音编码应满足几个条件： 1、编码速率较低，目前使用的一般是812kbit/s； 2、在给定编码速率下，话音质量尽可能高； 3、在强噪声条件下，编码算法应具有较高的抗误码性能； 4、编码、译码时延较小，控制在几十毫秒之内； 5、编译码算法易于大规模实现。,二、信道编码技术 信道编码就是在数据发送之前，在信息码元中再增加冗余码元（即监督码元），用来供接收端

10、纠正或检出信息在信道传输中产生的误码。 无线接入信道是随机和突发干扰并存的变参信道，数字信号在传输中会发生随机差错和突发差错。随机差错一般发生在带有加性高斯白噪声的信道中，突发差错指信道中出现突发性的强干扰时，可能出现多个连续码元错误的现象。为了保证数字信令和信号的可靠传输，就要使用信道编码对整个通信系统进行差错控制莱降低数字信号传输的比特误码率。差错控制方式主要有三种，即前向纠错、自动反馈重发和混合纠错。移动通信中几乎都采用前向纠错的差错控制方式。,1分组码 在分组码中，监督码元只与本组的信息码元有关。 （1）循环码 循环码是分组码的一个重要分支，其特点是循环码中的任何一个码字向左或向右循环

11、移位后，仍是该码字集合中的码字。 （2）BCH码 BCH码是一种能纠正多个随机差错的特殊循环码，其码长为n2m1或是2m1的因子，m为正整数。 （3）R-S码 R-S是Reed-Solomon码的缩写，是一种多进制的BCH码。一个M进制码元有M个二进制码元。,2交织编码 对于突发错误，交织码是一种有效的纠错码。交织编码是将已编码的码字交织，使突发误码转换为一个纠错码字内的随机误码。 3卷积码 分组码为达到一定的纠错能力和编码效率，码组长度通常都比较大，时延随着n的增加而线性增加。,4Turbo码 Turbo码包含重复解码、软入/软出解码、递归系统卷积编码和非均匀交织等概念。Turbo码编码基本

12、结构如图5.7所示，它包含两个并联的相同递归系统卷积编码器，中间由一个交织器分隔。其中第一个成员码编码器I（水平编码器）直接对信元信息序列的分组进行编码，第二个成员码编码器II（垂直编码器）对经过交织器交织后的信息序列分组进行编码。信息位直接送到信道入口，经过两个递归组合在信息位后通过信道。,Turbo编码器由三部分组成：直接输入复接器、经水平编码器I再经过开关电路送入复接器、经垂直编码器II再经开关电路送入复接器。其中，经水平编码器I的水平码与经垂直编码器II的垂直码可分别称为Turbo码的分量码，又称为二维码。作为分量码，其选择比较灵活。,5.2.2 多址接入技术 在无线接入系统中，有许多

13、用户要同时通过一个基站和其他用户进行通信，因而必须对 不同的用户和基站发出的信号加以区别，使信号在参数上有所不同。这样基站能从众多用户中区分出各用户的信号，而各用户也能从基站发出的众多信号中识别出发给自己的信号。解决这个问题的方法称为多址技术。目前无线接入系统中常用的多址方式有：频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）等。,一、频分多址（FDMA） 频分多址（Frequency Division Multiple Access，FDMA）是把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道（或称信道），分配给不同的用户使用。这些频道互不重叠，相邻频道之间无

14、明显串扰，发送时每个用户占用一个通道。 频分多址的优点：设备简单，技术成熟。 缺点：容量太小，且不同信号间的交调、互调干扰严重，因为系统中同时存在多个频率的信号，容易形成互调干扰。,二、时分多址（TDMA） 时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）是把无线频谱按时隙划分，若干个时隙组成一帧。各移动台只能在每帧规定的时隙中向基站发送信号，而基站接收时利用定时选通门来选出来自各移动台相应的信号；同时，基站发向多个移动台的信号按顺序在预定的时隙中传送。 时分多址不存在频率分配问题，容易进行时隙的动态分配，传输带宽是频分多址的好几倍，抗干扰和抗多径衰落性能较好；

15、TDMA传输需要精确的定时和同步，所以所需的传输开销大于FDMA；TDMA每个载频可以复用多个用户的信息，系统所需设备减少，成本降低。,三、码分多址（CDMA） 码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）是使用扩展频谱技术的一种多址技术。它利用扩展频谱的多址性，在发送端各用户使用各自的扩频编码，即用互不相同的、相互正交或准正交的地址码来调制所发送的信号，在接收端利用地址码的正交性或准正交性，通过相关检测从混合信号中选出相应的信号。因为各用户之间的扩频编码彼此相互影响很小，所以在CDMA方式中同一信道可容纳用户数量多于TDMA方式。在CDMA中，又两种常用的

16、方式：直接序列扩频和跳频扩频。所以CDMA也称为扩频多址。 CDMA是干扰受限系统，减小干扰可以直接增加系统容量，因此它比FDMA,TDMA有更大的容量。,四、空分多址（SDMA） 空分多址（Space Division Multiple Access，SDMA）是通过控制用户的空间辐射能量来提供多址接入能力的，通过分割空间信道，分离同一时隙和同一频道上的多个用户信号。在SDMA系统中有三种可能的天线配置模式：全向天线模式、定向天线模式、自适应天线模式。其中自适应天线能迅速引导能量沿用户方向发送。各种蜂窝系统都是用SDMA在不同的小区内实现频率再利用。通常与前三种结合使用。,5.2.3 数字调

17、制与扩频技术 一、数字调制技术 无线接入系统在无线传输中一般多使用频谱效率高、抗干扰能力强的数字调制技术。使用的调制方案可分为线性调制技术和恒包络调制技术。,1线性调制技术 线性调制方案有PSK，QPSK，DQPSK，OQPSK，/4QPSK，MPSK及MQAM等。 （1）二相相移键控（2PSK） 绝对相移键控（BPSK） 差分相移键控（DPSK） （2）四相相移键控（QPSK） 交错QPSK（OQPSK） /4-QPSK,2恒包络调制技术 （1）二相频移键控（2FSK） （2）最小频移键控（MSK） （3）高斯滤波最小频移键控（GMSK） 高斯滤波最小频移键控（GMSK）是指在MSK调制器前

18、面加入高斯低通预调制滤波器的调制方式。,二、扩频调制技术 扩展频谱通信的理论基础是仙农（Shannon）公式： 式中，C为信道容量，单位为bit/s；W为带宽；S为信号功率；N为噪声功率。 扩频通信有直接序列扩频、跳频扩频和跳时扩频等几种基本形式。,1直接序列扩频 直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS）是指在发信端直接用伪随机序列（Pseudo-Noise，PN）去扩展信号的频谱；在收信端，用相同的扩频码序列进行解扩，将展宽的频谱扩展信号还原成原始信息。该系统采用了一组良好的伪随机码，其自相关值接近于0。该组伪随机码既作为用户的地址码，又用于加

19、扩和解扩。系统没有单独的地址码组，用不同的伪随机码代替，整个系统相对简单。,2跳频扩频 跳频扩频（Frequency Hopping Spread Spectrum，FHSS）是指传输信号载波按照预定规律进行离散变化的通信方式，即通信使用的载波频率受一组快速变化的伪随机码控制而随机的跳变。跳频通信系统在常规通信系统中增加载频跳变能力，使整个工作频带加宽，大大提高了通信系统的抗干扰能力；具有较高的频带利用率；调制方式灵活。容易和常规通信方式兼容。收发双方只要保证时频域上的调频顺序一致，就可以确保双方的通信可靠。跳频带宽等于载频数目与信道带宽的乘积。 3跳时扩频 跳时扩频（Time Hopping

20、 Spread Spectrum，THSS）是指将时间按帧分成若干个时隙，由扩频码序列去控制帧内各个时隙的信号发射。,5.2.4 抗衰落技术 一、分集技术 分集技术（Diversity Techniques）就是利用多条具有近似相等的平均信号强度和相互独立衰落特性的信号路径来传输相同信息，并在接收端对这些信号进行合并（Combining），以便降低多径衰落的影响，改善传输的可靠性。具体包括空间分集、时间分集和频率分集。,二、自适应均衡技术 码间干扰是在移动无线信道中传输高速率数据的主要障碍，是由无线信道的时变多径传播引起的，采用自适应均衡技术可以克服码间干扰。 为了保证能有效地消除码间干扰，均

21、衡器需要周期性地做重复训练。时分多址的无线通信系统特别适合于使用均衡器。 均衡的算法有多种，即最小均方误差算法（Least Mean Square Error，LMSE）、递归最小二乘法（Recursive Least Square，RLS）、快速递归最小二乘法（Fast RLS）、平方根递归最小二乘法（Square Root RLS）和梯度递归最小二乘法（Gradient RLS）等。,5.2.5 网络安全技术 由于无线接口是开放的，为了防止非法用户或设备经无线信道进行通信和防止通信信息被窃听，无线接入系统必须提供完备的网络安全功能，一般包括以下措施： （1）对于接入网络的呼叫请求进行鉴权，

22、判定用户身份的合法性。 （2）对移动台的用户识别码进行保护，即用经常变更的临时移动台识别码代替用户识别码。 （3）对无线信道上的用户数据和信令信息进行加密。,一、用户鉴权 （1）移动台做主叫。 （2）移动台做被叫。 （3）移动台位置登记、位置更新。 （4）基站要求鉴权。 二、信息加密 信息加密是指基站和移动台之间交换的用户信息和用户参数不被截获或监听，用户信息是否需要加密可在呼叫建立时由信令指明。 信息加密是为了加强鉴权过程。并保护用户的敏感信息，包括对信令信息和话音信息的加密。话音信息是通过具有掩码的长码直接扩频（或扰码）来实现。在CDMA系统中，采用通过和密钥的模2加进行码元置换的加密方法

23、，需要一个随机密钥序列对应不同符号的密钥，这是一种序列加密方法。收发双方使用同一伪随机序列。,5.2.6 无线空中接口 移动终端和网络之间的接口为无线接口，是一个开放性的接口。无线接口自下而上分为三层：物理层（第一层）、数据链路层（第二层）和管理层（第三层）。 物理层完成编码、调制及各物理信道的扩频。在CDMA方式中，物理信道用不同的地址码区分。,数据链路层在移动台和基站之间建立可靠的数据传输通道，完成建立、维持及释放一个逻辑链路连接所必须的功能，包括流量控制、争先判决、序列控制，选择确认或不确认操作之类的通信方式，将通信数据插入发信数据帧或从收信帧中取出等。 管理层可进一步分为三个子层，即无

24、线资源管理子层（Radio Resource Management，RRM）、移动管理子层（Mobile Management，MM）和连接管理（Connection Management，CM）。,无线资源管理子层主要建立、改变和释放无线信道，包括无线信道的设置、分配、切换及性能监测等。移动管理子层主要支持用户的移动性，如跟踪漫游移动台的设置、对位置信息的登记、处理移动用户通信过程中连接的切换等，连接管理子层支持以交换信息为目的的通信，由呼叫控制、补充业务、短消息业务组成。 GSM系统的无线信道分为两类：业务信道和控制信道。业务信道用于传送经编码和加密后的用户信息，包括话音和数据。控制信道用

25、于传送信令消息或同步数据，又称信令信道。,WLAN是一种使用无线传输的局域网技术，覆盖半径约100m，工作在2.4GHz和5GHz频段。作为接入网使用时，WLAN的组网通常采用中心结构，以接入点（access point）为中心将多个用户工作站接入到上一层网络，如：园区主干网或运营商核心网。 WLAN是20世纪90年代计算机与无线通信技术相结合的产物，1990年11月IEEE802.11委员会成立，开始着手制定无线局域网标准， IEEE802.11的现行版本是1999版，网络传输速率不断提高，从2Mb/s到5Mb/s、11 Mb/s再到54Mb/s，并且正在向100Mb/s以上的速率发展。,5

26、.3 WLAN接入技术,5.3.1无线数据传输的环境 1、有限的带宽 WLAN工作在2.5GHz波段和5GHzUNII波段，在这些波段内还有其它工业设备、科学仪器装置、医疗设备等可能占用，所以非常拥挤。 为了尽可能多传输数据，WLAN借鉴以太网共享介质的方法，不划分子信道，在单个信道里，通过一定规则的控制（介质访问控制协议MAC）实现在多个用户之间动态分配信道，充分利用带宽。 2、复杂的链路情况 有线局域网中具有代表性的总线结构和无线环境有一定程度类似，它们都以在单个信道上控制多个站点共享介质为基本出发点，都具有广播式传输的特点，当信道上有多于两个站点发送数据时，信号可能相互干扰。,A,B,C

27、,D,1)隐藏站点 如图5.3.1，在C向B发送数据时，A尝试侦听信道的载波，由于C到A的距离较远，A没有监测到C的信号，A误以为信道空闲，向B发送 数据，于是在B站就出现了A、C信号相互干扰，数据无法识别，这种现象习惯上称作“隐藏站点”问题。 2）暴露站点 如图5.3.2，A与D较远，所以B向A发送数据不影响D正确接收C发送的数据，但是，如果C采用载波侦听机制发现了B的载波，C会认为此时信道繁忙，抑制向D发送数据，直到B发送完毕。这样就造成了信道浪费，这种现象称为“暴露站点”问题。,A,B,C,D,图5.3.1 隐藏站点,图5.3.2 暴露站点,3、时有发生的移动 移动是无线通信最大的特色之

28、一。在一个移动的环境中，节点间的通信链路频繁变更，网络拓扑随之不断变化。WLAN希望尽量避免处理这样的复杂情况，只定义了两种单跳的通信环境基础设施架构方式（或称中心结构）和对等方式。在基础设施架构方式下，节点间必须通过接入点通信；对等方式下，节点间只能直接通信，不能经过中间节点中继。 4、过度自由的接入 无线通信很难像有线通信那样对介质加以保护，限制非法用户的接入，对数据进行加密是解决这个问题的办法之一，但不是全部，另外还应加强对用户接入的控制和管理。,5.3.2 IEEE802.11标准介绍 IEEE802.11标准的全称是无线局域网介质访问控制和物理层规范， IEEE802.11标准和其他

29、IEEE802协议族成员一样，主要任务是为LLC实体之间提供MSDU(MAC层服务数据单元)的通信服务。不同的是IEEE802.11标准需要为局域范围内固定的、便携式或安装在车辆上的，以步行或行车速度移动的移动站提供无线连接。可归纳为以下几个问题： 1）如何提供通信服务，有哪些形式的服务； 2）如何组网，有哪些形式的组网结构； 3）如何确定身份，保障通信的安全。,IEEE802.11标准与其他传统有线局域网标准的不同之处： 1）目的地址不等同于目的位置； 2）设计方案受介质影响较大（无线介质没有明显的边界）； 3）手持式移动站的影响。支持手持式设备在移动过程的接入，以适应该设备电源管理的要求，

30、如不能则要求接收站一直开机等候。 4）与其他IEEE802层次的互操作。 802.11的高层是LLC子层，传统的LLC层没有考虑站点移动问题，所以，因站点移动而带来的问题只有在802.11的MAC子层想办法解决。,5.3.3 WLAN组网方式 IEEE802.11标准中定义了基本服务组BSS（base service set）作为WLAN组网的基本单元，BSS对一组站点提供服务。与BSS相对应的还有基本服务域BSA（base service area）。BSS位于BSA中。在BSS的基础上，标准进一步定义了独立基本服务组IBSS和扩展的服务组ESS。 1、IBSS IBSS不与其他系统相连，它

31、是一个独立的服务组，一般采用对等结构组网方式，站点地位均等，这种方式很难实现对覆盖范围内各无线用户节点进行集中的接入管理。IBSS内站点的认证是节点间相互的认证，不是接入网对接入用户的认证，就这一点而言对等式组网不适合作为接入网使用。,ESS 在连接多个BSS时，采用分布式系统（DS），BSS间的分布式系统可以是任何形式的网络或连接，一般的实现中常用以太网来构成DS。由多个BSS通过中间的DS相连，就形成了一个扩展服务组。形成ESS的BSS中，每个BSS中需要增加一个AP节点，负责BSS内部与DS之间的数据转发，实现无线局域网到有线网的桥接。 具有AP的BSS内部，站点之间不一定必须保持直接通

32、信关系，但组内的站点都必须能和AP直接通信，这是一种星型结构。标准中这种结构称为基础设施架构，AP就是那个事先布设的基础设施。 通信时，不管是BSS内部数据交换还是BSS与外部的数据交换，都需要通过AP转发。,MAC层帧格式及类型 帧是协议的载体，协议越复杂，帧格式也就越复杂。 802.11标准定义了三类帧，其中控制帧6种，管理帧11种，数据帧一种，各种帧类型均采用一个通用的帧格式：,通用帧格式主要由三部分组成，MAC帧头、帧体和校验序列。不同类型的帧在帧控制字段进行区分。 1）帧控制字段（2字节） 帧控制字段包括协议版本、帧类型和子类型。帧传输方向等信息 2）持续时间/ID字段（2字节） 持

33、续时间/ID字段记录一帧发送持续的时间。,3）地址字段 共有4个地址，每个地址为6字节长度，不同类型的帧，地址的类型不同，个数也可能不同。 地址的作用有基本服务组标识、源地址、目的地址、发送站地址和接收站地址。 4）序列控制字段（2字节） 序列控制字段包括一个序列号和一个分段号。序列号从04095循环使用。当MSDU被MAC层分段后，同一个MSDU的分段具有同一序列号，而不同的分段有一个不同的分段号。 5）帧体字段（02312） 控制帧中，没有该字段；数据帧中，该字段装入MSDU；管理帧中，该字段包含管理信息。,6）帧校验序列字段 采用32位循环冗余校验（CRC），覆盖范围是整个帧，生成如下多

34、项式：,5.3.4 CSMA/CA协议 CSMA/CD（带冲突监测的载波侦听多路访问）协议在以太网上取得了很大成功，因此在无线局域网技术中采用了类似技术具有冲突避免的载波侦听多路访问协议，即CSMA/CA协议,在局域网中以竞争方式共享信道。 一、基本原理 CSMA/CA协议采用冲突避免技术来降低冲突概率，虽然在没有冲突发生时会增加开销，但换来因冲突概率降低而减少的冲突影响，实践证明，这样的牺牲是只得的。 采用传输前载波侦听技术后，可以保证侦听到载波的站不会与 正在传输的站产生冲突，但当前一个帧传输结束时，正在侦听信道的其他几个站都会开始竞争信道，如果它们的策略时在信道空闲时发送数据，冲突就不可

35、避免。因此，采用载波侦听技术后，信道由忙转闲时是最容易发生冲突的时刻。通过随机延时的机制（又称随机回退），让一个站先发送，其他站随后尝试发送，它们会因为侦听信道载波为忙而等待，从而避免冲突。,二、随机回退机制 每个站点都有一个回退计时器，记录时间片个数，当站点准备传输但发现介质忙时，会取一个随机数放在回退计数器里，当介质空闲后，即站点可以竞争信道时，回退计数器开始倒计时，每经过一个时间片计数器值减一，并在这个过程中继续载波侦听。 如果回退计数器倒计为0（到期），并且介质始终空闲，站点可立即传输数据。如果回退计数器未到0，而介质变忙，表示其他站点竞争到了信道，本站点停止计时，但计时值没有清0，等

36、到下一次又开始竞争信道时，继续倒计时。,CSMA/CA随机回退过程,三、冲突避免（CA）RTS/CTS机制,如图，在隐藏站点情况下，STA1和STA2互相听不到对方，容易出现两个同时向中间的AP发送数据的现象，此时AP收到的是STA1和STA2叠加后的冲突数据。，为避免这一问题，采用RTS/CTS机制。,1）在STA1发送数据前首先发送一个“请求发送”控制帧RTS给AP； 2）若AP认为信道空闲，则发送CTS以应答，允许STA1发送数据； 3） STA1收到应答的CTS帧，确认信道空闲，可以向AP发送数据。此时，周围各站点都要抑制自己的发送行为； 4）若AP认为信道忙，则不发送应答帧CTS;

37、5）注意：AP可以同时听到STA1 和STA2，但STA1 和STA2互相不能听到对方的载波。,RTS/CTS机制基本规则,5.3.5 WLAN物理层 802.11标准定义的物理层有三种可选的规范， 即跳频扩频（FHSS）、直接序列扩频(DSSS)和红外线(IR)。跳频扩频和直接序列扩频都工作在2.4GHz2.485GHz开放波段。 FHSS方式，信号载波将在一个很宽的频带上不断从一个频率跳变到另一个频率，发射机频率跳变的次序和相应的频率由一串随机序列决定。FHSS 具有了良好的防窃听和抗干扰特性，适合话音传输，但不太适合数据传输。 DSSS方式，将以为数据编码为多位序列，称为一个“码片”，这

38、种方式要求更高的带宽，但合理的选择码片有利于提高增益，增强信道的抗干扰能力，这对无线信道是非常有益的。 红外线工作在850nm950nm段，不会对无线电系统产生干扰，设备成本低，但通信距离短，易受障碍物的遮拦，移动性差。,5.3.6 WLAN安全技术WAPI WLAN的安全问题已经得到了包括中国在内的很多国家的重视，2003年，我国颁布了WLAN国家标准GB15629.11和GB15629.1102，称为WAPI（无线局域网鉴别与保密基础结构）标准，但WAPI的实施还有待进一步的改进和完善。 WAPI分为单点式和集中式两种，单点式主要用于家庭和小型公司的小范围应用；集中式主要用于热点地区和大型

39、企业，可以和运营商的管理系统结合起来，共同搭建安全的无线应用平台。 一、WAPI认证的基本过程如下： 1）认证激活；2）接入认证请求；3）证书鉴别请求； 4）证书鉴别响应；5）接入认证响应,1）认证激活：当STA关联或重新关联到AP时，由AP向STA发送认证激活以启动整个认证过程。 2）接入认证请求：STA向AP发出接入认证请求，即将STA证书与STA的当前系统时间发往AP，其中系统时间称为接入认证请求时间。 3）证书鉴别请求：AP收到STA接入认证请求后，首先记录认证请求时间，然后向认证服务器发出证书认证请求，即将STA证书、接入认证请求时间、AP证书及AP的私钥对它们的签名构成证书鉴别请求

40、发给ASU。 4）证书鉴别响应：认证服务器收到AP的证书鉴别请求后，验证AP的签名和AP证书的有效性，正确后进一步验证STA证书，验证完毕后，将鉴别结果信息和ASU对它们的签名构成证书鉴别响应发送给AP。 5）接入认证响应：AP对认证服务器返回的证书鉴别响应进行签名验证，得到STA证书的鉴别结果，根据此结果对STA进行接入控制。AP将收到的证书鉴别响应回送到STA。STA验证认证服务器的签名后，得到AP证书的鉴别结果，根据该鉴别结果决定是否接入该AP。 若鉴别成功，则AP允许STA接入，否则解除其关联。,二、密钥协商过程 STA与AP证书鉴别成功之后进行会话密钥协商，过程定义如下： 1）密钥协

41、商请求：STA产生一个随机序列STA_random，利用AP的公钥加密后，向AP发出密钥协商请求，此请求包含请求方所有的备选会话算法。 2）密钥协商响应：AP收到STA发来的密钥协商请求后，首先进行会话算法协商，若响应方不支持请求方所有备选会话算法，则向请求方响应会话算法协商失败，否则在请求方提供的备选算法中选择一种自己支持的算法，再利用本地的私钥解密协商数据，得到STA的随机序列，然后产生一个随机序列ap_random，利用STA的公钥加密后再发送给STA。 总结：WLAN的安全技术在不断发展中，结合具体的接入环境，可选择的技术很多。WLAN的安全技术除了提高安全性以外，维接入管理功能也搭建

42、了一个很好的平台。,5.4 3.5GHz固定无线接入,固定无线接入（Fixed Wireless Access，FWA）是指用户终端位置基本固定，不具备移动性的无线接入。一般工作在微波频段，其工作频段可以450MHz,800/900MHz,1.5GHz,1.8/1,9GHz或3GHz,下面主要介绍3.5GHz固定无线接入。3.5GHz宽带无线接入系统是一种固定点到多点无线接入系统，源于2.5GHz MMDS，通过对其进行改进后使之适合于双向传输。 在我国，由于频率资源的划分，在高频微波段10GHz以上，未对频谱资源进行详细规划，国家无线电管理部门暂时划出在3.5GHz频段的一部分频率资源，在5

43、个城市进行固定宽带无线接入的试点，由于还没有具体的名称，统称为3.5GHz固定无线接入系统。 3.5G设备的工作频率在3.5GHz频段附近，采用频分双工技术，上下行各30MHz的带宽资源，带宽资源较少。但覆盖距离大，一般可覆盖半径可达30km，大大降低系统的覆盖成本，而且在信号传输上，降雨、雾等天气对系统影响不大，提高了系统的稳定性。,5.4.1 系统参考模型 3.5GHz固定无线接入参考模型如图5.16所示，是一种点到多点的结构。系统一般包括中心站、终端站和网管系统三大部分，特殊情况下在中心站和终端站之间可以通过接力站进行中继。,1中心站 中心站（Central Station，CS）从逻辑

44、上可分为两个部分：中心控制站（Central Control Station，CCS）和中心射频站（Central Radio frequency Station，CRS）。中心控制站是业务汇聚部分，并提供网络侧接口；中心射频站是中心基带/射频收发设备。一个CCS可以控制多个CRS。中心站所覆盖的服务区可以划分为多个扇区，CRS天线一般使用扇区天线。 2终端站 终端站（Terminal Station，TS）置于用户驻地，为一个或多个用户设备提供电话、传真、数据调制解调器等终端的标准接口，并向用户终端透明地传送交换机所能提供的业务和功能。终端站采用小波束角定向天线。在上行方向上将来自用户终端或

45、用户驻地网的业务适配、汇聚，通过无线链路传送到基站；在下行方向上提取本站业务，分配给用户终端。,3接力站 接力站（Relay Station，RS）作为系统实现的可选项，用以转发中心站和终端站之间的信号，以延长中心站和终端站之间的距离。一个接力站可以服务于多个终端站。 4网管系统 网管系统完成设备基本的配置、故障管理、性能管理、安全管理以及计费信息的采集，实现集中维护管理。,其主要特点可归结如下： (1)覆盖范围对无线信号传输而言，频率越高，信号随距离的衰耗越快，绕射能力也越弱，这两方面的因素决定了3.5GHz频段固定无线接入技术的覆盖能力。一般来说，3.5GHz 固定接入技术覆盖范围可达10

46、km 以上，雨衰因素对3.5GHz 固定无线接入技术的影响不严重，但因其属于准视距传输，建筑物的阻挡对其传输有一定影响，适合中小企业和人口集中的乡镇居民点用户使用。 (2) 系统容量在采用相同调制技术的条件下，可用带宽的多少直接决定了系统容量的大小。系统容量还取决于频率复用系数，频率复用系数越高，相同频带宽度上可调制比特率就越高。对于3.5GHz 固定无线接入系统，所采用的调制方式包括QPSK、16QAM、64QAM、GFSK、OFDM 等。目前的实用系统中，当其工作在30MHz 带宽上时，其半径可实现对10公里范围覆盖，系统容量可达300Mbps 左右。 (3) 业务能力3.5GHz 固定无

47、线接入可支持以下业务类型（需要网络侧的配合）：高速Internet 接入、局域网互连、VPN、数据专线、IP 电话/IP 传真、视频会议、PSTN/ISDN，可以为企事业集团用户和社区用户提供服务。 (4) 系统成本3.5GHz 固定无线接入较其他宽带无线接入技术（如LMDS）技术成熟度高、技术难度小，因而设备成本较低，同时覆盖用户范围广，每个用户所分担的成本也相对较低。因此3.5GHz 固定无线接入方式适合于在业务发展期进行较大范围的覆盖，从面上提供业务。 （5）3.5GHz宽带接入系统基本组成3.5GHz固定无线接入属于固定接入技术，以点到多点无线方式支持固定用户的接入，不支持漫游功能。系

48、统参考配置如下表所示。,5.4.2 功能要求 一、业务支持能力 3.5GHz固定无线接入主要提供面向连接业务和无连接业务。,1面向连接业务 面向连接的业务主要针对传统电路方式的业务或以电路仿真方式提供的业务，主要有 1）租用线业务。提供用户终端至网络E1（N64kbit/s）、帧中继连接等。 2）突发数据业务。包括Internet、Intranet以及局域网互连等，主要面向企业、SOHO（小企业及家庭）以及居民用户等。 3）交换话音业务。普通电话业务、ISDN 2BD或30BD业务 等，网络接口可以是V5.2或其他符合标准的接口。 4）数字视频业务。如：VOD、高清晰度广播等。,2面向无连接业

49、务 无连接业务针对基于IP方式来提供的应用，主要有基于IP方式的实时业务、Internet接入（WWW浏览、E-mail、高速文件传送等）、局域网互连和虚拟专用网（VPN）等。 3.5GHz固定无线接入可以基于电路方式、IP方式、ATM方式或组合方式来提供上述业务。,二、系统功能 1动态带宽分配 2用户业务能力 系统可支持的单用户最大业务速率至少能达到512kbit/s。 3用户信息安全 4发送功率调整,5.4.3 技术要求 一、频率配置 1工作频段 FDD双工方式固定无线接入系统目前的工作频段为： 终端站发射频段 34003430MHz 中心站发射频段 35003530MHz 同一波道发射频

50、率和接收频率之间的射频频率间隔为100MHz。,2波道配置 可采用的波道配置方案有4种，信道间隔分别为：1.75MHz，3.5MHz，7MHz和14MHz。 1）1.75MHz信道间隔中心频率如下： 接收端：3398.6251.75n(n=1、218)MHz; 发送端：3498.625 1.75n(n=1、218)MHz 相邻波道间隔为1.75MHz，最近收发信道间隔为70.25MHz。 70.251.7517100MHz,2)3.5MHz信道间隔中心频率如下： 接收端：3397.753.5n(n=1、29）MHz 发送端：3497.75 3.5n(n=1、29）MHz;相邻波道间隔为3.5M

51、Hz，最近收发间隔为72MHz（723.58100MHz） 3）7MHz信道间隔中心频率如下： 接收端：33967n(n=1,2,3,4)MHz 发送端:3496+ 7n(n=1,2,3,4)MHz;相邻波道间隔为7MHz，最近收发间隔为79MHz(79+37100MHz) 4)14MHz信道间隔中心频率如下： 接收端：3392.514n(n=1、2)MHz; 发送端：3492.5 14n(n=1、2)MHz;相邻波道间隔为14MHz，最近收发间隔为86MHz，（86141100MHz）,二、接口要求 1业务节点接口（SNI） （1）10BASE-T/100BASE-X接口 （2）电路型接口（

52、可提供2048kbit/s或155.520Mbit/s的业务节点接口） （3）ATM接口（可采用2048kbit/s或155.520Mbit/s的业务节点接口之一） （4）V5接口,2用户网络接口（UNI） （1）10BASE-T/100BASE-X接口（同SNI接口） （2）电路型接口（可提供N64kbit/s或2048kbit/s的用户网络接口） （3）其他数据接口（ V.24接口、 V.35 接口、 ISDN接口、音频二线接口等） V.24接口：当DTE或DCE与设备之间的速率不超过20kbit/s时，采用V.24/V.28接口。,X.24接口：当DTE与设备连接的速率不超过1984kb

53、it/s时，采用X.24接口。 V.35接口：V.35接口是机械特性，采用IS02593（即M34）接插件；电气特性上，对于时钟、数据信号（所谓“快变信号）采用ITU V.35的附录规定的差分平衡双流特性的电平；握手信号采用V.28电平；功能和规程采用V.24建议。 ISDN接口：ISDN BRA U接口符合ITU-T G.961金属本地线上用于ISDN基本速率接入的数字传输系统的规定。,音频二线接口：3.5GHz固定无线接入系统提供的音频二线接口应符合YDN 065-1997邮电部电话交换设备总技术规范书或YD/T1070-2000接入网远端设备Z接口技术要求的规定。 3网管接口 3.5GH

54、z固定无线接入的中心站设备具有汇聚终端站设备网管信息的功能，中心站设备与管理网的接口在逻辑上应独立于业务节点接口。,5.4.4 其他要求 一、同步 这里主要讨论网络侧接口采用电路型接口或ATM接口的3.5GHz固定无线接入系统。其同步方式采用主从同步方式，定时时钟有：外定时、线路定时和内部定时三种。,二、设备要求 1工作方式 3.5GHz固定无线接入系统为双工方式，在中心站与终端站之间点到多点的通信采用频分双工（Frequency Division Duplex，FDD）方式。 2发射功率和功率容限 3供电要求,5.5 无线ATM接入,5.5.1 无线ATM简介 基于ATM的传输与交换技术是未

55、来无线个人通信的较好解决方案（Wireless ATM,WATM）无线ATM的设计目标是设计整体无线业务网络，以相对透明的、无缝的、有效的方式，提供无线业务，这种无线业务是基于光纤的ATM网的延伸。 1无线ATM的信元结构 典型的无线ATM信元结构如图5.18所示。,图5.18 无线ATM信元结构,2无线ATM信元的两种模式 无线ATM可以使用两种模式，即封装模式和传统模式。在封装模式中，信元划分成组，使用无线MAC协议；在传统模式中，每次传送单个信元。 3无线ATM的频率段选择 对无线ATM来说，选择一个频率段需要考虑带宽和连接性能。2.4GHz频率段可提供几十兆的速率，但是，这个频段比较拥

56、挤，干扰大。5GHz频段可以提供300MHz带宽，而且工作在这个频段的其他系统较少，是一个比较理想的频段。以后可能选择在17GHz或60GHz提供更高的速率。,4无线ATM的差错控制机制 由于无线信道条件恶劣，因此，无线网络与有线网络相比误码率更高，它的带宽较少和有更多的突发。无线网络协议也不能保证良好的性能。 解决方法：由兼容TCP协议的基站处理本地重发，在较小带宽下处理丢包，可提高性能。 另一种方法：让发送端处于无线链路下，这样有些包丢失不是由阻塞引起的。 5有待加强的领域 ATM作为宽带广域网和局域网的标准系统已经逐渐被人们所接受。它非常适合于提供多媒体业务及引入到蜂窝无线系统中。这样，

57、基站就称为ATM的一个节点，与蜂窝系统进行无缝连接。ATM由于没有考虑无缝接入，需要在以下两个领域加强。 （l）ATM移动性：主要是加强固定ATM网络设施，保证与移动用户之间的通信。 （2）广播接入层：主要是加强空中接口协议，满足ATM的要求。,5.5.2 无线ATM网络技术基础 一、无线ATM的传输方案 在选择基于无线ATM的传输方案时，必须考虑以下因素： （1）灵活地分配带宽和进行业务类型的选择； （2）有效地复接从突发数据到多媒体信源的多种业务； （3）通过无线和有线网络提供端到端的宽带业务； （4）现有的ATM交换设备可用于蜂窝小区间的交换； （5）易于与B-ISDN连接。,二、无线A

58、TM的分层模型 无线ATM的基本思路是将标准ATM信元用于网络层功能，而且在无线链路上为无线信道特定的协议子层增加一个无线信头和信尾。在无线基站上，通过标准的ATM信令功能支持端到端的带有服务质量控制的ATM虚电路。 三、无线ATM的参考模型 图5.21展示出了ATM论坛目前正在研究的一种无线ATM系统的基准参考模型。,图5.21 无线ATM系统的参考模型,5.5.3 无线ATM的网络结构与协议 无线ATM标准化工作是由ATM论坛和欧洲电信标准机构的BRAN执行的，ATM论坛中的协议包括广播接入层协议和移动ATM协议扩展两组。 一、广播接入层协议（RAL） 将ATM业务扩展到无线链路上必须具有

59、RAL。广播接入层由几个协议子层构成，主要功能包括高速物理层发送和接收、提供多个终端共用信道的媒质访问控制、改善无线信道质量下降的数据链路控制、无线资源的管理和元信令的无线控制。,1无线物理层 无线ATM需要高速无线调制解调器，在半径为100500m范围内的微蜂窝小区和微微蜂窝小区环境中提供相当可靠的传输。典型的传输速率为25Mbit/s。这个速率以每条虚通路上的持续比特率至少为12Mbit/s和峰值比特率为510Mbit/s为基础。 目前无线ATM物理层的主要调制方案有：QPSK/QAM、OFDM及扩频CDMA。 2无线媒质访问控制 无线媒质访问控制层的主要功能有媒质访问管理和数据封装等。,3无线数据链路控制 无线数据链路控制层是在信元发送到ATM网络层以前为减轻无线信道差错的影响所必需的。在B-ISDN中，由于采用光纤信道，不需要复杂的纠错方案。在无线ATM通信网中，由