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1、问题回顾：,无线局域网和无线个域网采用的协议标准？蓝牙协议体系结构的组成？,第5章 无线城域网,内容提要,无线城域网概况 802.16协议体系 802.16的物理层 802.16的MAC层 MAC层的链路自适应机制 802.16系统的QoS架构 802.16系统的移动性 WiMAX与其他技术的比较,5.1 无线城域网概况,5.1.1 无线城域网技术的形成无线城域网技术是因宽带无线接入(BWA)的需求而来1999年，IEEE 802局域网(LAN)/城域网(MAN)成立了802.16工作组来专门研究宽带无线接入标准。负责制定频率范围在1066GHz的无线接口标准 负责制定宽带无线接入系统共存方面
2、的标准负责制定频率范围在211GHz之间无线接口标准 WiMAX论坛成立，在全球范围内推广802.16协议。,5.1.2 WiMAX论坛,在借鉴和学习WLAN的Wi-Fi联盟成功经验的基础上，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世界微波接入互操作性论坛WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)。该论坛旨在对基于IEEE802.16标准和ETSI HiperMAN标准的宽带无线接入产品进行一致性和互操作性认证。WiMAX使用与Wi-Fi联盟推动无线局域网行业发展的相同方法进行定义和互操作性测试，加快符合IEEE
3、 802.16技术标准的宽带无线接入设备的上市速度。,5.2 802.16协议体系,最终制定的802.16系列标准协议栈按照两层体系结构组织，主要对网络的低层，即MAC层和物理层进行了规范。802.16系列协议中各协议的MAC层功能基本相同，差别主要体现在物理层上。物理层协议主要解决与工作频率、带宽、数据传输率、调制方式、纠错技术以及收发信机同步有关的问题。,5.2.2 标准化进程,5.2.3 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。
4、,网络拓扑结构,802.16系统框架图,一个完整的802.16系统应包含的网络实体有：用户设备(UE)，用户站(SS)，基站(BS)，核心网CN)。,802.16d的协议栈模型,5.3 802.16的物理层,IEEE 802.16的物理层既可以支持单载波又可以支持多载波。基于单载波的物理层规范又分为WirelessMAN-SC和WirelessMAN-SCa两种。WirelessMAN-SC的操作频段为1066 GHz，且为视距(LOS)操作；而WirelessMAN-SCa的操作频段低于11GHz，为非视距(NLOS)操作。基于多载波的物理层规范则分为WirelessMAN-OFDM和Wir
5、elessMAN-OFDMA，两种规范均基于OFDM多载波技术，操作频段均低于11GHz。,IEEE 802.16的物理层规范,5.3.1 WirelessMAN-SC,WirelessMAN-SC是基于单载波的物理层规范，支持时分双工(TDD)和频分双工(FDD)两种双工模式，FDD模式下又支持全双工SS和半双工SS。上行方向支持时分多址接入(TDMA)和按需分配多址接入(DAMA)相结合的多址方式。上行信道划分为多个时隙(slot)或时隔(interval)时隙与时隔由微时隙(minislot)组成，一个微时隙由2n个物理时隙(PS)组成，一个PS等于个调制符号其中n的取值由BS根据业务来
6、衡量时隙或时隔的用途（SS注册、竞争、保护，或者用户业务等）由MAC控制。下行信道采用时分复用(TDM)，即发送给各SS的信息都复用到单个数据流上。无论是上行还是下行，待发送的数据比特发送前都需要经过加扰、FEC编码和调制。,IEEE 802.16物理层采用突发脉冲传输数据。突发脉冲中包含净荷数据，且每个突发脉冲都有自己的传输格式（即调制方式和编码方式）。在IEEE 802.16协议中采用下行传输间隔使用码(DIUC)和上行传输间隔使用码(UIUC)来分别表示下行和上行的突发脉冲传输格式，即一个DIUC/UIUC的值就对应一种下行上行突发脉冲传输格式。,5.3.2 WirelessMAN-SC
7、a,WirelessMAN-SCa也是基于单载波技术的物理层规范，是WirelessMAN-SC规范的增强版，它支持时分双工(TDD)和频分双工(FDD)两种双工模式。上行采用时分多址接入(TDMA)，下行采用时分复用(TDM)或TDMA方式。与WirelessMAN-SC规范不同的是，该规范是为非视距操作设计的，操作频段低于11GHz。,WirelessMAN-SCa支持的关键物理层技术：,上下行块自适应调制和FEC编码；帧结构的设计上，改进了在NLOS和较大时延扩展信道环境下的均衡和信道估计；使用里德-索罗蒙码和格形编码调制级联的FEC编码。FEC码还可选择Turbo码和卷积码。可以选择不
8、使用FEC而使用ARQ技术来进行差错控制。可以选择空时编码发送分集技术。具有方便实施自适应天线系统的参数设置和MAC/PHY消息。,5.3.3 WirelessMAN-OFDM,WirelessMAN-OFDM是基于多载波技术的物理层规范，它支持256点的OFDM调制方式，操作频段低于11GHz，且是为非视距操作而设计的。OFDM物理层上行支持子信道化，可以传送16个子信道。在下行支持空时编码和自适应天线系统等发送分集技术。,5.3.4 WirelessMAN-OFDMA,WirelessMAN-OFDMA物理层规范也是基于OFDM调制方式的多载波物理层规范，它支持2048个子载波的OFDMA
9、标准，操作频段低于11GHz，且是为非视距操作而设计的。该规范支持种子信道化方案。OFDMA物理层支持空时编码和自适应天线系统，以及多入多出技术，以增加系统容量。,5.3.5 信道模型,应用于802.16系统的信道模型分为：视距传播条件下的信道模型和非视距传播条件下的信道模型。视距条件下的传播工作频段较高（10-66GHz），容易受天气的影响（主要是雨衰的影响）。非视距条件下的传播主要受多径时延扩展、多普勒频移的影响。,5.4 802.16的MAC层,MAC层包括与高层实体接口的特定服务会聚子层(Convergence Sublayer，CS)，完成MAC层核心功能的公共部分子层(Common
10、 Part Sublayer，CPS)，以及安全子层(Security Sublayer)。,1.特定服务汇聚子层（CS）,特定服务汇聚子层负责接收高层协议数据单元（PDU），并将接收到的PDU映射到MAC层连接上，或者进行相反的操作主要功能有：从高层接收高层协议数据单元PDU；对高层PDU进行分类；(分类功能是该层最核心的功能)基于分类对高层PDU进行处理；将CS PDU传递给正确的MAC服务接入点（SAP）;从对等层接收CS PDU.802.16协议定义了两种特定服务汇聚子层：ATM汇聚子层和分组汇聚子层ATM汇聚子层用于支持基于ATM连接的各类数据单元，分组汇聚子层则用于映射类似于IPv
11、4、IPv6、以太网和虚拟局域网（VLAN）的分组业务数据单元。,.公共部分子层（CPS）,MAC公共部分子层完成几乎所有的MAC层核心功能，包括：MAC PDU的构建和传送；网络的进入和初始化；带宽的请求和授予；竞争解决算法的实现;服务流的管理；各种链路自适应技术的实现等。,.安全子层,安全子层通过对BS和SS之间的连接进行加密，为经过WMAN网络的用户数据提供保密；安全子层为运营商提供强有力的防止服务被窃取的保护机制；通过对网络中的服务流进行加密，BS可以阻止对数据传输服务进行的未授权的访问；通过采用一种授权客户端服务器密钥管理协议，作为服务器的BS控制密钥信息在SS客户端中的发布。基本密
12、钥管理机制中还加入了基于电子证书的SS授权机制，进一步加强了基本保密机制。保密机制有两个基本的协议：用于加密数据包的封装协议密钥管理协议,5.5 MAC层的链路自适应机制,链路自适应技术的基本思想是，在当前的信道条件下，通过对某些传输参数的适配，让链路尽可能高效地运行。为了维持通信连接，甚至需要对链路质量做出“让步”，通过牺牲带宽来获得传输质量的提高。在大多数使用链路自适应技术的系统中，这种“让步”就是在链路的“鲁棒性”和带宽的高效性间寻找平衡。链路自适应技术能够增加链路信息容量，使得系统能够充分利用信道的时变性。,常见的链路自适应机制,自适应调制编码(AMC):根据信道情况的变化来动态地调整
13、调制方式和编码方式 自动请求重传(ARQ):接收端在正确接收发送端发来的数据包之后，向发送端发送一个确认信息(ACK)，否则发送一个否认信息(NACK)，发送端对未能正确接收的数据包进行重传。混合自动请求重传(H-ARQ):将前向纠错编码(FEC)和自动重传请求(ARQ)相结合的技术,5.6 802.16系统的QoS架构,5.6.1 服务类别的定义主动授予服务(Unsolicited Grant Service，UGS)实时查询服务(Real-time Polling Service，RTPS)非实时查询服务(Non-Real-Time Polling Service，NRTPS)尽力而为(B
14、est Effort，BE),主动授予服务,主动授予服务（UGS）为周期性、定长分组的固定比特率（CBR）服务流。BS实时地、周期地向携带该业务的连接提供固定带宽分配，以减少SS请求开销并保证满足业务流的实时需求。UGS连接只能使用BS主动提供的周期性带宽授予来发送数据，而不是SS向BS发送带宽请求。在传输UGS业务的连接上传送的典型业务包括：固定比特速率的ATM和ATM之上的E1/T1服务、无静音压缩的VoIP服务等。UGS服务流的关键QoS参数为：主动授予大小、每间隔授予、推荐授予时隔、可容忍的授予抖动。实施这些参数的理想调度是通过定义参考时间t0来实现的。所需要的传输时间定义为：ti=t
15、0+i*interval,其中interval为推荐授予间隔。而实际的授予时间ti必须满足条件：t0=ti=ti+jitter,其中jitter是可容忍的授予抖动。,实时查询服务,实时查询服务（rtPS）为周期性、变长分组的实时变比特率服务流，如MPEG视频业务流。BS向携带该业务的rtPS连接提供实时的、周期的单播轮询，从而使得该连接能够周期地告知BS其变化的带宽需求，BS也能够周期地为其分配可变的突发带宽供其发送变长分组。这种服务比UGS的请求开销大，但能使BS按需动态分配带宽。rtPS 服务流的关键QoS参数为：建议轮询间隔、可容忍的轮询抖动和最小预留业务速率。,非实时查询服务,非实时查
16、询服务（nrtPS）为非周期性、变长分组的非实时变比特率服务流，如高带宽的FTP业务流。BS应有规律地（不一定周期）向携带该业务的连接提供单播轮询机会，以保证即便在网络阻塞时，该连接也有机会发出带宽请求。该连接也可以使用竞争模式来发送带宽请求。nrtPS 服务流的关键QoS参数为：建议轮询间隔、最小预留业务速率和业务优先级。,尽力而为,尽力而为（BE）服务的特点：不提供完整的可靠性，通常执行一些错误控制和有限重传机制，其稳定性由高层协议来保证。这种连接不仅可以使用单播轮询所提供的发送机会，而且可以使用竞争模式来发送带宽请求。典型的BE服务为Internet网页浏览服务。BE 服务流的关键QoS
17、参数为：最小预留业务速率和业务优先级。,5.6.2 QoS框架和交互机制,5.7 802.16系统的移动性,IEEE 802.16e是基于IEEE 802.16d标准的，能够后向兼容IEEE 802.16d的功能为了支持移动性，其工作频段为266GHz，支持车速移动(通常认为是120km/h)。在物理层技术方面，802.16e除了支持单载波方式、OFDM方式、OFDMA方式以外，还对OFDMA方式进行了扩展。,支持移动性的网络模型,支持移动性的网络模型中包括一组提供网络服务给MS(由于移动性的加入，用MS来代替所有的SS)的BS单元（BS包括邻近BS、服务BS和目标BS）。各个BS单元由一个主
18、干网（可以是有线的也可以是无线的）连接起来，组成一个服务提供商网络。,服务提供商网络中可能包含多个专门用于授权、鉴别、计费，管理、预备和其他功能的专用服务器。这些服务器统称为鉴别和服务授权服务器（ASA-server）。服务提供商可以配置一个或多个ASA-server，既可以使用集中的方式，也可以使用分布的方式。P146 图5.7,5.8 WiMAX与其他技术的比较,5.8.1 WiMAX技术与Wi-Fi技术的比较1覆盖2可扩展性3QoS机制,5.8.2 WiMAX技术与3G技术的比较,目前业界主要存在两种观点：(1)WiMAX会与3G形成竞争态势，并最终取代3G；(2)WiMAX只是一种无线接入技术，不可能取代3G，二者可以形成互补。,
