第6章 宽带无线接入技术(杨威)

1宽带接入技术第6章宽带无线接入技术26.1宽带无线接入分类与特点6.2LMDS接入技术6.3MMDS接入技术6.4无线局域网接入技术6.5IEEE802.16接入技术6.6IEEE802.20接入技术6.7案例学习第6章宽带无线接入技术3本章从基本概念出发，重点介绍固定宽带无线接入系统的分类、特点业务以及几种主要的无线接入技术，最后介绍无线接入技术的新进展。46.1宽带无线接入分类与特点无线接入技术是指接入网的某一部分或全部使用无线传输媒质，向用户提供固定和移动接入服务的技术。个人电脑、手机、PAD的普及。56.1.1宽带无线接入分类主要有以下几类：模拟无线接入微蜂窝无线接入技术CDMA无线接入技术一点多址微波技术卫星无线接入技术61按照覆盖区域分类（1）无线个域网（WirelessHomeNetwork，WHN）覆盖范围，几米到几厘米，为不同设备间提供双向短程通信。使用蓝牙技术、红外技术、超宽带UWB无线技术等。蓝牙工作在全球通用的2.4GHzISM(即工业、科学、医学）频段。蓝牙的数据速率为1Mb/s。时分双工传输方案被用来实现全双工传输。使用IEEE802.15协议。7（2）无线局域网（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）覆盖范围几米到数百米（如大学校园）提供共享无线接入服务（无障碍区90米内，有障碍区20米内）。8（3）无线城域网（WirelessMetropolitanAreaNetwork，WLAN）覆盖范围几千米到几十千米，本地多点分配业务LMDS、多路多点分配业务MMDS、全球通用微波接入WiMAX。（4）无线广域网支持全球范围的广泛移动通信。92按无线技术分类（1）无线局域网（WLAN）几十米到数千米，对有线局域网进行无线扩展，通过无线通信方式实现有线局域网的功能。（2）固定无线接入（FBWA）几千米到几十千米，实现端到端的连接（3）移动无线接入（MBWA）几千米以内，高速（120~250Km/h)移动用户的高带宽数据传送。106.1.2宽带无线接入特点（1）覆盖范围灵活。（2）应用频度范围广。（3）频谱利用率高。（4）灵活的链路自适应技术。（5）介质访问机制MAC层具备调度机制。（6）动态带宽分配能力。（7）安全性。（8）纯数据业务的转化。IP承载为主。（9）应用模式从固定向移动方向转化。116.2LMDS接入技术6.2.1LMDS的概念本地多点分配业务（LocalMultipointDistributionServices，LMDS），固定宽带无线接入微波宽带业务。24~26、38~40GHz，可用频谱1GHz，传输速率64kbit/s~2Mbit/s，甚至高达155Mbit/s，“无线光纤”。“本地”：基站覆盖的范围，5Km以内。“多点”：基站到用户是点对多点的广播方式。“分配”：基站按业务分类将信号分配给用户。“业务”：业务提供与使用关系。126.2.2LMDS系统的组成1.基础骨干网：基于光纤传输网、ATM或IP交换、IPoverATM构成交换平台，与互联网和电信网（PSTN、ISDN、ADSL）互联。ATM或IP交换IPoverATMATM或IP交换IPoverATMInternetPSTN、ISDN、ADSL132.基站3.用户终端设备4.网管系统14ATM或IP交换IPoverATMATM或IP交换IPoverATMInternetPSTN、ISDN、ADSL15固定无线接入系统的组成166.2.3LMDS系统的优点（1）工作频带宽，可提供高宽带接入。（2）初期投资少。业务提供速度快。（3）用户发展灵活。（4）提供多种业务。（5）频率复用度高，系统容量大。主要体现了无线的优势176.2.4LMDS系统局限性系统采用了微波波段的频率，微波波段的传输特性，导致（1）服务区覆盖范围小，2~5公里。（2）波长短，受气候条件和建筑物的影响大。（3）基站设备相对比较复杂，价格较贵。186.3MMDS接入技术微波多路分配系统（MicrowaveMultipointDistributionSystems，MMDS）固定无线宽带接入一点对多点，适用于中小企业用户和集团用户接口：T1/E1、100Base-T和OC-3用户端接口：T1/E1、100Base-T工作频段：2~5GHz，比LMDS低业务：互联网接入、数据交换、语音、VOD、数据广播、数字电视（标清或高清）196.4无线局域网接入技术6.4.1无线局域网特点与标准1.无线局域网特点无线局域网（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。安装方便、高移动性、易扩展性、可靠性20AP室内：10~100米室外：300米11~54Mbit/s5~30个用户AP212.无线局域网标准IEEE电气和电子工程师学会（美国）（InstituteforElectricalandElectronicsEngineers）IEEE802.11系列WLAN标准。226.4.2IEEE802.11体系结构1.网络参考模型WTWAWMWBWPWUWSSTAAPACIP城域网Portal服务器AAA服务器网元管理单元无线局域网网络参考模型端网站接入点接入控制器站点登录服务器认证计费服务器空中接口用户23接口：WT—输入接口WA—空中接口WB—10/100Base-T接口WU—100Mbit/s或1000Mbit/s以太网接口WS—逻辑接口，可以不对应物理接口WP—逻辑接口，可以不对应物理接口WM—支持一定的协议的接口242.网络单元功能端站—无线接入终端——用户设备接入点—有线连接AC，无线连接STA接入控制器—无线接入网和外部网之间的网关认证、授权、计费服务器—站点服务器—256.4.3IEEE802.11空中接口1.物理层技术2.4GHz频段：2400~2483.5MHz分成13个信道，每个信道带宽22MHz，可用带宽83.5MHz。5.8GHz频段：5.725~5.850GHz分成5个信道，每个信道带宽20MHz，可用带宽125MHz。相邻小区应尽量使用不交叠的信道以减少干扰。262.MAC（媒质访问控制）层技术无线接入，STA与AP通过空中接口连接，STA每一时刻只允许接收一个AP的收或发，MAC就是解决这类问题的。支持分布式协调功能（DCF）可选支持点协调功能（PCF）帧结构中的MAC头，包含了相关信息。276.4.4IEEE802.11b认证、漫游和计费1.认证要求基于IEEE802.1x的认证基于PPPoE（以太网点到点协议）的认证基于Web的认证28WTWAWBWPWSSTAAPACPortal服务器AAA服务器基于Web的认证系统架构端网站接入点接入控制器站点登录服务器认证计费服务器空中接口用户AS292.计费要求3.漫游要求STA认证点漫游地AAAServer归属地AAAServer认证成功306.4.5无线局域网的关键技术1.物理层关键技术IEEE802.11无线局域网采用微蜂窝和微微蜂窝结构，支持数据传输速率1~54Mbit/s，自主管理的计算机局域网络。DSSS/CCK补码监控技术PBCC分组二进制卷积编码技术OFDM正交频分复用技术MIMO多入多出OFDM技术312.MAC层关键技术326.4.6无线局域网的安全问题1.无线网络的安全进程2.多元化的无线安全策略336.4.7无线局域网的移动性问题1.网络层的移动IP可移动IP：用户可以凭一个IP地址进行不间断跨网漫游。在MAC层之上引入MobileIP技术，解决跨IP子网漫游问题。移动主机（MN）在外地通过外地代理（FA）向属地代理（HA）注册，从而使HA得知MN当前的位置，实现了移动。34InternetHA服务器FAFA网关路由器网关路由器交换机交换机APAPAP子网A子网B二层交换三层交换三层移动MobileIP356.5IEEE802.16接入技术WiMAX——一个非盈利工业贸易联盟组织WiMax(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess)，即全球微波互联接入。WiMAX又称为802·16无线城域网，是又一种为企业和家庭用户提供“最后一英里”的宽带无线连接方案。因在数据通信领域的高覆盖范围(可以覆盖25～30英里的范围)，以及对3G可能构成的威胁，使WiMAX在最近一段时间备受业界关注。366.5.1IEEE802.16系列标准IEEE802.16工作频段：10~66GHz，视距环境IEEE802.16a工作频段：2~11GHz，非视距环境IEEE802.16cIEEE802.16REVdIEEE802.16-2004IEEE802.16eIEEE802.16.210~66GHzIEEE802.16.2a37IEEE802.16无线MANIEEE802.20无线WANWAN（广域网）MAN（城域网）WiMAXIEEE802.11无线LANLAN（局域网）WiFiIEEE802.15蓝牙PAN（个域网）PC与便携式电子设备的连接工作频段2.4GHz工作频段2.4和5.8GHz工作频段10~66GHz2~11GHz工作频段3.5GHz以下386.5.2协议栈模型SSSSBSBSRNC固定用户终端基站无线网络控制器UUIBA39特定服务汇聚子层公共部分子层安全子层物理层MAC适配上层协议系统接入、带宽分配、连接建立、连接维护加密、鉴权、密钥406.5.3物理层规范（1）10~66GHz视距传输覆盖面积小传输受气候，建筑物影响（吸收和阻挡）大。频率资源丰富，提供频段较宽。采用单载波调制技术（2）2~11GHz非视距传输多径干扰和同频干扰不同的工作环境，应用不同的规范416.5.4传输速率系统带宽1.25~20MHz1.25MHz系列：1.25/2.5/5/10/20MHz1.75MHz系列:1.75/3.5/7/14MHz调制方式：BPSK、QPSK、16QAM、64QAM、甚至256QAM。426.5.5WiMAX组网技术1.IEEE802.16演进策略固定接入，联合组网，对高速数据的补充固定、便携式和低速移动接入，联合组网，部分地区独立组建小型独立网络，支持实时和非实时数据业务。固定、可携式、低速高速移动接入，全IP架构，支持VoIP语音业务，各种数据业务，有QoS完全保证，独立的鉴权和计费等网管系统。。第二阶段第一阶段第三阶段IEEE802.16-2004IEEE802.16e43第一阶段WiMAX、Wi-Fi联合3G网络共存。Wi-Fi——热点地区高速移动数据接入，百米WiMAX——不同热点地区的串联，千米3G——低速数据的无线通信，2M速率44第二阶段45第三阶段46AP5个AP5个AP5个AP5个AP5个二校区三校区CERNET476.1.1固定宽带无线接入在电信网中的位置在电信网中，宏观上可划分为接入网和核心网两大类。6.1.1公用电信网组成485.1.2无线接入的分类496.1.2固定宽带无线接入的组成固定无线接入系统又称为无线本地环路，一个典型的无线本地环路系统由三个部分组成，即无线基站和基站控制器、操作控制中心和用户单位。506.1.4网络结构图516.1.3固定宽带无线接入系统的分类1.点对点和点对多点系统方案2.基于固定蜂窝系统的方案3.基于PCS或PHS标准的WLL系统4.基于无线电话DECT规范的WLL系统5.专用无线接入系统52固定宽带无线接入的特点建网投资费用低扩容可以因需求而定，方便快捷。运营成本低可以和光纤相媲美具有提供对称业务的潜力网络部署灵活安全性能好与原有基础设施不大53固定宽带无线接入的弱势技术不够完善频段的分配不统一成本还是一个障碍。546.1.4固定宽带无线接入的业务面向连接的业务租用线业务、突发数据业务、交换话机业务、数字视频业务面向无连接的业务业务包括基于IP方式的实时业务、因特网接入技术、局域网互联、虚拟专用网等。556.1.5几种固定宽带无线接入系统1.LM