宽带无线接入技术概述.ppt

宽带无线接入宽带无线接入(BWA)技术概述技术概述•什么是宽带接入•宽带无线接入技术的概念•宽带无线接入技术特点及分类•宽带无线接入技术的发展概况•小结2021/8/61宽带接入•桥梁作用-城域/核心网与本地家庭/企业网 --最后一英里或第一英里 --最后或最先一跳•关键因素 --部署费用/时间，服务范围，性能 --带宽和用户的可扩展性 --应用和带宽相互之间的追赶 --为了鼓励广泛应用，一个真正的宽带应用应该能够为上千个用户提供服务，且能提供比用户翻书或切换频道更快的下载速度2021/8/62宽带接入•各种可能的选择 --有线类：光缆，电力线，DSL，同轴线 --电力线，DSL，同轴线接入的好处是可以利用已经建设的基础架构，免除了安装开销 --无线：802.11,802.16,802.20,802.22,卫星，自由空间光通信 --好处：快速、灵活、按需提供 2021/8/63宽带接入•光纤技术和无线技术是两种相互补充的技术 --光纤接入能为用户提供很大的带宽，更远距离意味着能为更多的应用提供服务 --无线接入对大量用户接入情况下，带宽分配具有相当大的扩展性，且其本质上的广播传输特别适合于移动用户 --卫星接入对郊区和农村地区，或孤立地域具有吸引力•用大投资建设LAN将终端用户连接到主干网 --有时有可能其费用超过计算机软硬件费用 --当在家用户连接到服务提供商，如因特网或TV时，存在同样的问题•旧瓶装新酒 --在已有的基础架构上采用新的技术2021/8/64IEEE 802标准DataLinkLLCSublayerMACSublayerPhysicalNetwork 802.1Overview,ArchitectureManagementInterworking802.2 Logical Link ControlCSMA/CD802.3BroadbandWirelessAccess802.16WirelessRegionalAreaNetwork802.22WirelessPersonalAreaNetwork802.15WirelessLocalAreaNetwork802.11MobileBroadbandWirelessAccess802.202021/8/65无线宽带接入•电信网：公用电信网和用用户驻地网用户终端用户终端接入网接入网核心网SNIUNIUNISNI•接入网：核心网和用户终端，业务：本地交换网与用户之间的连接部分，传输设备、服用、交叉连接和网络终端设备•G.702:接入网是由业务接点接口（SNI）和用户网络接口（UNI）之间的一系列传送实体（如线路设备和传输设备）组成的，为传送电信业务而提供所需传送承载能力的实际系统，可由Q3接口进行配置和管理。

2021/8/66无线接入•下一个无线革命，在（1990）和Wi-Fi(2000) --1980,1970,1960是什么革命？•被许多电信和电缆运行商认为是一个颠覆性技术 --许多由于无线正在丢失他们的阵地（就象由于VOIP丢失他们的业务一样）•无论是对固定用户还是对移动用户，无线通信的广播特征提供了无处不在且立竿见影的接入技术•不同于有线接入，大部分投资发生在用户入网时候 --避免了接入网基础架构不能充分利用的问题2021/8/67无线接入特点•快速、低费用：相对于直接安装电缆或专线 --该技术允许长途电信运行商可以跳过地区服务提供商,向用户提供服务,这样可以降低用户费用•允许固话服务提供商拓展他们的宽带网络 --在实现端对端的宽带网络过程中,起到一个很重要的作用•在有线连接不切实际的场合,无线接入是合理的选择 --河流、丘陵、私人领地、高速路等•降低了网络配置的复杂性•消除了和移动、增加、改变相关的开销 --免除了和布线有关的劳动力、材料、设备费用 --便于重新配置、增加用户 --便于将来扩容2021/8/68无线接入网分类•有线接入： --xDSL，PON（EPON、GPON）、FTTx --利用现有的通信资源 --带宽很宽 --技术成熟 --缺乏灵活性、不支持移动•无线接入：交换接点与用户终端之间 --GSM、GPRS、3G；WLAN，HIPERLAN2 --网络部署灵活、成本低、高灵活性 --移动上网2021/8/69接入网分类•无线接入： 固定接入：采用蜂窝组网 --3.5GHz无线接入 --直播卫星系统（DBS） --本地多点分配业务（LMDS） --IEEE 802.16d宽带无线接入 移动接入： -- IEEE 802.11 无线局域网 WLAN -- IEEE 802.15 无线个域网 WPAN -- IEEE 802.16e 无线城域网 WMAN -- IEEE 802.20 无线广域网 WWAN2021/8/6103.5GHz无线接入系统•是ITU推荐的用于固定无线接入的频段 --多信道多点分配业务（MMDS） --点到多点拓扑结构（PMP） --中心站、终端站和网管系统CCSCRSRSCPNCPNTSTSTSTSTSTETETE空中接口UNISNI网管2021/8/6113.5GHz无线接入系统•信产部无线电管理局2000年4月分配： 3.40----3.43GHz, 3.50----3.53GHz, --固定无线接入，10km,准视距传播 --中低速率，技术成熟、单用户成本低 --支持多业务接入，中小企事业、住宅小区、无线到大楼、基站连接，中继服务，DDN、IP2021/8/612直接广播卫星系统•直接广播卫星（DBS）系统使用Ku波段地球同步卫星（12GHz/14GHz） --卫星广播业务（BSS）、不同于卫星节目传输，点对点（多点），固定卫星业务 --视像、图文、声音 --直接提供给用户接收（个体或集体） --全球覆盖性、固定广播能力，用于提供对各种网络的宽带接入。

2021/8/613直接广播卫星系统智能卡机顶盒ISP反向链路地球同步卫星高速前向链路2021/8/614本地多点分配业务•LMDS工作在毫米波段（28GHz-31GHz） --固定无线通信，点对多点 --视频像、数据、话音 --直接提供给用户接收（个体或集体） --成本低、灵活性大、组网容易、带宽达1.3GHz --覆盖范围较小（2-5公里），受气候影响较大2021/8/615LMDS系统机构视频服务器视频服务器视频服务器数据转发器微波接口单元中心站DATAPSTN用户单元机顶盒电视PC30GHz28GHz2021/8/616LMDS原理•工作频段 集中在24GHz，26GHz，28GHz、31GHz，38GHz，80%集中在27.5GHz-29.5GHz•多址方式 下行扇区TDM，上行TDMA或FDMA•调制方式 QPSK，16QAM、64QAM•拓扑结构 星型和环型2021/8/617无线局域网•传统有线网络的一种延伸，有时可替代•可实现良好的移动性•设备安装快速、简单、灵活•无需布线，减少了费用•具有多种网络拓扑2021/8/618IEEE802.11系列标准•IEEE802.11 第一个无线局域网标准,用于解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入,业务主要局限于数据访问,速率最高达到2Mbit/s,在速率和距离上不能满足需要•IEEE802.11a 工作在5.8GHz,使用OFDM调制技术,支持54Mbit/s传输速率•IEEE802.11b 工作在2.4GHz,使用CCK调制技术,支持11或22Mbit/s传输速率•IEEE802.11g 工作在2.4GHz,使用OFDM调制技术,支持54Mbit/s传输速率,可于802.11b系统互连•IEEE802.11i和IEEE802.11x IEEE802系列LAN的整体安全体系架构,包括认证和密钥管理•IEEE802.11n 高速率WLAN,将WALN速率从54Mbit/s提高到108Mbit/s以上,最高可达320Mbit/s,双频工作模式(2.4GHz和5.8GHz),采用MIMO和OFDM技术,传输距离可达几公里2021/8/619WLAN特点•安装便捷 免除大量部线工作,仅仅需要安装一个或多个AP,便于维护和管理•高移动性 在无线局域网信号覆盖范围内,用户和随意移动,不收地理的限制,AP支持距离在300米左右,在办公环境为10-100米.•易扩展性 有多种拓扑结构和多种配置方式,可以方便地扩充用户数•可靠性 使用与以太网类似的连接协议和数据报确认,提供可靠的数据传送和网络带宽2021/8/620无线个域网•基于计算机通信的专用网,用于解决同一地点终端与终端间的连接•特点 拓扑能够适应网络节点的移动性,可以独立工作,也可以与互连网或蜂窝无线网络连接•标准 IEEE802.15.1 2.4GHz,10m,1Mbit/s,1600Hop/s,GFSK IEEE802.15.2 定义两种机制,与WLAN关系 IEEE802.15.3 高速WPAN的物理层和MAC层。

QPSK，DQPSK，16/32/64QAM，11/22/33/44/55Mbit/s，Beacon，解决高速数码产品之间的互连 IEEE802.15.3a 扩展了IEEE802.15.3频段，3.1-10.6GHz IEEE802.15.4 低速WPAN的物理层和MAC层，DSSS技术，250kbit/S(2.4GHz)，20kbit/s(868-915MHz)2021/8/621无线个域网-蓝牙技术•一种短距离无线通信技术•2.4GHz，距离范围一般10米，但可达100米（加大功率）•1600Hop/s,1M symbol/s•支持点到点和点到多点连接，组成微微网•每一个蓝压设备均有一个48位地址•TDMA结构和TDD方式2021/8/622移动无线宽带接入•MBWA:移动宽带接入,IEEE802.20•2002年3月 成立MWBA研究小组(SG)•2002年7月 成立MWBA执行委员会研究小组(ECSG)•2002年7月 ECSG批准MWBA的5项标准•2003年1月 召开MWBA WG第一次会议2021/8/623MWBA网络基本特性•完全透明支持实时和非实时应用,并能一直保持网络连通•支持不同技术间的切换和漫游(如MBWA到WLAN)•支持小区间和扇区间的无缝切换•支持MAC的不同状态,能够快速转变•能够为上下链路快速分配所需资源•支持基于策略的QoS,且同时支持IPv4和IPv6•对用户数据速率进行自动化管理,根据无线环境的具体情况自动选择最优的用户数据速率•空中接口提供信令消息,以支持用户与网络双方的相互认证•允许与现有的蜂窝移动通信系统协同工作,从而降低网络部署成本;•空中接口的网络实体接口都是开放的2021/8/624MWBA网络业务类型业务名称业务类型业务名称业务类型VoIP实时业务PAD远端同步BE视频会议实时业务FTPBEWeb浏览交互式广播/多播BE多媒体消息 交互式文件共享BE游戏交互式音频流流业务WAP交互式视频流流业务IM交互式E-MAIL交互式/BE2021/8/625MWBA网络结构•协议模型采用和IEEE 802系列系统相同的参考模型•系统模型:基于蜂窝系统,采用混合小区结构(微和宏小区),以适应不同地理环境,点到多点•MBWA模型包括两个平面:数据控制平面和管理平面•纯IP网络结构2021/8/626WiMAX技术•WiMAX技术是BWM技术中最热门的技术•标准基础为IEEE802.16系列•面向城域，适合固定、便携和移动场景宽带业务2021/8/627IEEE802.22技术•802.16a/d/e和20用于在半径为1-5km的无线城域网环境建立基础架构,而802.22技术的目标是提供接入半径为100km地理范围内的地域级无线接入•速率可以到达ADSL或者Cable Modem水平•主要为生活在农村地区的人提供宽带接入业务•2004年11月 IEEE开始了802.22标准化工作•使用TV广播频段,即UHF/VHF,47-910MHz2021/8/628IEEE802.22网络结构 一个基站和多个用户驻地设备(CPE) ;基站必须是点到多点,通过使用全向天线和一个成形扇区或者自适应天线阵列实现下行信号发射到用户设备;为了实现共存,必须包含相应的物理层和MAC层控制机制,允许基站基于对授权用户的频谱感知来动态改变网络的功率或者频率,以避免干扰;为了解决排列或重叠覆盖造成的问题,实现更好的共享频谱,系统还必须包含各基站之间的协调机制。

2021/8/629IEEE802.22物理层•主要基于802.16的固定宽带接入标准,主要差别在于使用频段以及所支持的信道数量•802.22工作频段为TV广播频段,即UHF/VHF, 47-910MHz•频道带宽:6,7,8MHz•支持TDD和FDD两种双工方式•速据速率: 6MHz带宽—23Mbps (2-3)*6MHz带宽—71Mbps(绑定)•调制方式:OFDM•用户容量:100/小区•或采用部分频道技术,如1-8MHz,这样可以和如无线话筒共享一个频段,避免干扰和串话2021/8/630IEEE802.22物理层•传输方式:自适应OFDM, 1024或2048个子信道,具有更好的抗干扰和外部影响.•调制方式:BPSK到64QAM,具备动态适应信道变化的情况.•编码:卷积码(强制性的),LDPC和Turbo Coding(可选)•高级传输控制机制:支持STBC,AAS,MIMO和SDMA2021/8/631IEEE802.22 MAC层•大部分特征和IEEE802.16e相同,如支持具有QoS功能的Diffserv,以及全OFDM帧结构.•连接建立和成帧:通过在每一个OFDM帧头发送先导码来识别出IEEE802.22基站;一但用户定位出了IEEE802.22基站,该用户通过在每一个帧的开始部分加入基于竞争连接配置的消息完成认证和连接配置.•数据传送:IEEE802.22中的数据通过与IEEE802.16e类似的OFDM帧发送,BS控制所有下行链路数据的发送,而用户发送数据之前,必须向BS请求上行时隙.不同点是要考虑重叠探测和信道绑定.一但使用绑定,就要使用’超级帧头部’,以便向用户表明他们应该使用哪些频道来发送数据.2021/8/632IEEE802.22 MAC层•感知和检测:A.采用带内感知和带外感知两种方法. 带外测量对应于其他所有未受影响的信道,带内测量涉及基站用于同用户设备通信的信道以及受该通信影响的邻近信道。

在带内测量时,基站必须停止信道中的一切数据传送，而在带外测量中不需要 B.需要通过基站的动态控制在较低的信噪比下以非相干的方式感知信号,从而确定主用户的存在. C.使用智能综合算法将感知任务分配到各个用户设备,一旦得到足够感知数据, 基站通过将它们进行综合,获得整个小区的频谱占用图,并采取适当的步骤改变相关的用户设备的操作参数,如操作频率和功率等级,解决潜在干扰问题 D.综合了频谱管理功能，比如切换信道、挂起/重启信道传输、终止/重启信道操作等，以保证主用户业务得到保护和实现有效共存 2021/8/633IEEE802.22 MAC层•QoS支持:类似也IEEE802.16e标准 流分类:支持UGS,rtPS,nrtPS,BE 端到端:Diffserv和RSVP•安全性:类似也IEEE802.16e标准,支持认证,授权,信息完整性以及数据加密等2021/8/634IEEE无线连网标准分类和覆盖区域2021/8/635三种宽带无线接入标准特征比较目标市场目标市场使用频率使用频率数据速率数据速率频谱效率频谱效率特殊考虑特殊考虑基站覆盖基站覆盖802.16企业固定无线接入10-66GHz授权频段75Mbps0.5-4.5bps/HzLOS50km4km802.16d商业固定无线接入2-11GHz授权/免频段75Mbps0.5-4.5bps/Hz50km4km802.16e商业半移动无线接入2-11GHz授权/免频段75Mbps500k/m0.5-4.5bps/Hz切换,电源管理4kmOr less802.20商业全移动无线接入小于3.5GHz授权频段1Mbps下行, 300kbps上行大于1bps/Hz切换,电源管理4kmOr less802.22商业固定远程无线接入47-910Mhz5-70Mbps;1Mbps/user0.5-5bps/Hz感知,检测,共存100km50km2021/8/636ROF接入系统•ROF: Radio over Fiber •射频信号的光纤传输技术(Radio over Fiber, 简称RoF),利用光纤的巨大带宽，基于RoF技术的新型多天线无线网络微小区结构，可以实现比通常移动通信系统高得多的传输容量，是未来超宽带移动通信的关键技术之一。

•基站结构简单:仅需实现光电和电光转换，从而有效简化远程天线单元，节省了大量的建设和维护费用 •调制透明2021/8/637ROF接入系统•关键技术 宽带副载波信号的全光产生 多路毫米波光域同时上变频技术 毫米波副载波信号的损伤和补偿机制 2021/8/638ROF波分复用通信系统示意图 2021/8/639WDM-RoF系统实施方案图 2021/8/640一个实际的WDM&ROF系统 实现了8×2.5Gb/s WDM 信号的全光上变频到40GHz副载波信号，同时利用单边带滤波技术实现大于20km的RoF系统传输 2021/8/641一个实际的WDM&ROF系统2021/8/642小 结•宽带无线接入技术是各种无线通信领域的新技术和各类计算机领域的新思路齐心协力,发挥集体智慧的结晶,是IT与CT技术融合的桥梁;可以说,空中接口的IP化和IP网络的无线化几乎是同义词,他们反映了IT与CT技术在空中接口趋于融合的大趋势.2021/8/643。