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1、接入网技术,第9章 无线城域接入技术,教学重点与要求,教学重点介绍无线固定宽带接入概念、特点介绍早期技术LMDS重点强调无线城域技术802.16标准演进、技术特点、接入系统结构、业务、技术要点要求掌握无线固定宽带接入概念、特点了解LMDS特点及局限性掌握802.16接入的系统结构及其特点理解802.16的技术要点,教学内容,9.1 引言9.2 固定无线接入网概述9.3 早期技术LMDS9.4 802.16 标准概要9.5 802.16 MAC层9.6 802.16 物理层,9.1 引言,BWA技术正在蓬勃发展无线接入不再是有线接入的简单补充802.16标准的发布将极大推动无线城域接入的发展BW
2、A的诸多优势形成对有线接入技术的竞争,9.2 固定无线接入网概述,概念无线接入：用户终端到网络节点之间的传输设施，部分或全部采用无线传输固定无线接入：用户终端位置基本固定的无线接入特点用户终端不具备移动性对某一特定地域的固定用户提供接入没有越区切换和漫游的功能工作频率高，在微波波段提供高的传输容量和多业务,9.2 固定无线接入网概述,基本结构一般采用有中心的结构，中心站称为基站中心站控制所有用户站的接入，同时接入有线网所有用户站之间不能直接通信，必须通过基站转发,用户终端,用户单 元,基 站,运营商网络,9.2 固定无线接入网概述,典型的固定无线接入技术早期技术LMDS(Local Multi
3、point Distribution Service）号称“无线光纤”覆盖3-5km,向密集小区或大厦提供高速无线接入MMDS（Multichannel Multipoint Distribution Service）覆盖约50km,向城郊的分散用户提供无线接入高轨卫星接入覆盖广阔的地域，为偏远地区的用户提供无线接入最新技术802.16（重点介绍）,9.3 早期技术LMDS,LMDS系统概要LMDS系统结构LMDS技术特点LMDS系统的局限,LMDS系统概要,LMDS：Local Multipoint Distribution Service本地多点分配业务采用点到多点微波传输技术传输频段：微
4、波范围 20GHz40GHz带宽：1.3GHz，享有“无线光纤”之称覆盖：35km（单基站覆盖半径）多址方式：FDMA、TDMA调制方式：QPSK、16QAM、64QAM通信速率：n64Kbps155Mbps支持业务：话音、数据、视频、多媒体综合业务,LMDS系统结构,系统结构：是一种蜂窝通信结构将提供业务的地区划分为若干服务区每个服务区内设立基站作为中心站基站通过点到多点无线链路与区内用户站通信基站不提供跨服务小区用户的切换系统组成：用户站、基站基站位于服务区中央，覆盖服务区用户基站上联LMDS中心局、再连接到业务网点对多点无线链路上行信道：多用户共享，需要MAC机制,LMDS中心局,PST
5、N,Internet,传输骨干网,系统结构频率复用,基站的频率复用作用：提高频率利用率，扩大系统容量方法：扇区划分、多载波、正交极化正交极化：同一载频的正交极化技术可隔离多个载波的相互干扰可用于同一基站的不同扇区和不同基站的相邻扇区可大大提供频谱资源利用率多载波同一扇区内使用邻频多载波，可大大提高系统容量基站的扇区数可为：24、16、12、8、6、4相应的天线覆盖角为：150、22.50、300、450、600、900,LMDS系统结构基站覆盖,（a）单扇区基站（b）多扇区基站,LMDS系统结构用户站接入,一个LMDS用户站可为多个用户终端提供业务如一幢楼的所有用户终端用户站设备含：天线、收发
6、信机、网络接口单元NIU,网络接口单元,收发信机,HUB,P BX,用户端设备,中心站,空中接口,PSTN,ATM,IP,E1,POST,10Base-T,ATM,用户站,接入示意图,LMDS技术特点,集中控制，便于用户接入管理（基站控制）上下行不对称下行带宽为1GHz，上行为300MHz提供QoS保证，根据业务QoS，申请并分配带宽双工通信:FDDTDD多路访问：TDM/TDMA、FDM/FDMA系统容量大：带宽大（1.3GHz），提供容量大可扩容性强：可增加每个扇区的载波数（最多可容纳5个载频）可增加扇区的数量，最多可划分24个扇区,中国的LMDS技术,系统技术标准制定单位：信息产业部接入
7、网技术要求：26GHz本地多点分配系统(LMDS)频率分配无线电管理委员会：2001652号关于发布26GHz频段FDD方式本地多点分配业务（LMDS）频率规划的通知下行频率：24.50725.515GHz，带宽1.008GHz上行频率：25.75726.765GHz，带宽1.008GHz信道带宽：28MHz、14MHz、7MHz、3.5MHzFDD双工间隔：1.250GHz,LMDS系统局限性,频段为2040GHz，各个国家根据情况制定要求视距传输受雨衰影响大技术实现成本相对较高没有被广泛接受的标准，发展受挫各家产品很难互联互通制约了规模发展为802.16标准的出台提供了良好的技术准备802
8、.16借鉴了LMDS的部分基本思想系统结构、上下行技术、频段,9.4 802.16 标准概要,9.4.1 概要9.4.2 标准及演进9.4.3 系统结构9.4.4 业务9.4.5 协议模型,9.4.1 概要,802.16工作组成立于1999年负责开发宽带无线城域接入规范以固定城域接入为主旨在提供电信级的服务和QoS保证目前最新版本：802.16-2004规范主要内容：1066GHz频段MAC层和物理层旨在为集团用户提供固定无线城域接入多接入用户共享接入设备、室外型定向天线211GHz频段MAC层和物理层希望能支持个人用户和游牧用户的接入希望个人用户独享接入设备（手持设备）,9.4.2 标准及演
9、进,802.16-2001和802.16c-2002802.16-2001：10GHz66GHz规范802.16c-2002：对802.16-2001修订需视距传输，设备成本相对较高802.16a-20032GHz11GHz规范超视距传输，设备成本相对较低规范了新的物理层新增技术OFDM、OFDMA、mesh技术等,9.4.2 标准及演进,802.16-2004合并了先前的版本266GHz频段规范现行最新标准802.16e（制定中）旨在使用户能在802.16基站之间自由切换WiMAXWiMAX（World Interoperability for Microwave Access，全球微波接入
10、互操作性推动802.16标准的制定对不同厂商的芯片和设备进行标准化认证帮助推动与保证设备的兼容性和互操作性,9.4.3 系统结构,两种结构点到多点：PMP网格状：mesh,PMP结构,组成一个或多个基站BS、可选的中继站RS，多个用户站SS，内部链路等通过G接口连接数据终端，F接口连接核心网络一个基站控制多个用户站用户站只能直接与基站（或中继站）通信用户站之间的通信必须经过基站转发,下行：BS是唯一的发送者上行：多个SS共享信道，需要MAC协议单跳无线网络,PMP结构,基站BS蜂窝结构、一个或多个扇区一个802.16系统可有多个BS（扩大范围）用户站SS用户侧接入设备，可由多个用户终端共享多个
11、SS共享到BS的无线信道中继站RS可选，目的是扩大覆盖范围接口G接口：连接SS与TE，如以太接口等F接口：连接802.16网络与核心网,mesh 结构,mesh 无线网络多跳无线网络结构网络节点功能路由存储与转发,802.16 mesh 结构,各SS之间有直接通信的无线接口SS具有中继/转发功能SS之间通过无线链路形成mesh结构接入范围明显增大，尽量避免接入孤点,但802.16并没有就 如何实现mesh进行 规范无线mesh是目前研 究热点 802.16留有mesh接口，为今后发展打下了基础,9.4.4 业务,主动授权业务UGS UGS：Unsolicited Grant Service固定
12、速率，时延敏感业务如：T1/E1以及没有静默压缩的VoIP等。实时轮询业务rtPSrtPS：Real-time Polling Service可变速率实时业务如：MPEG视频业务非实时轮询业务 nrtPSnrtPS：Non real-time Polling Service非周期变长分组的非实时数据流如，有保证最小速率要求的Internet接入尽力而为业务BEBE：Best Effort非实时、无任何速率和时延抖动要求的分组数据业务如E-mail和短信等，不要求提供吞吐量和时延保证。,9.4.5 协议参考模型,MAC层业务汇聚子层CS(Convergence Sublayer)MAC公共子层（
13、MAC Command Part Sublayer）加密子层PS（Privacy Sublayer）物理层,PHY,业务会聚子层,MAC公共子层,加密子层,物理层,高层,802.16协议的范围,MAC,CS SAP,MAC SAP,PHY SAP,9.5 802.16 MAC层,9.5.1 MAC概述9.5.2 MAC主要特点9.5.3 MAC层要点9.5.3.1 CS要点9.5.3.2 MAC CPS要点9.5.3.3 PS要点,9.5.1 MAC概述,802.16 的宗旨是提供电信级的服务和QoS保证MAC协议十分精巧且复杂采用面向连接的协议保证可靠性针对不同业务采用不同的带宽分配方式，保
14、证QoS采用接入认证和数据加密保证安全性MAC层功能通过三个子层协同实现CS、MAC CPS、PS,9.5.2 MAC 主要特点,提供面向连接的服务802.16 MAC层最显著的特征多种带宽分配机制非申请授予无竞争申请授予（单播轮询方式）竞争申请授予（组播/广播轮询方式）冲突分解当竞争申请带宽冲突时，采用截断二进制指数退避支持PDU猝发一次连续发送多个MAC PDU支持SDU分段/重装发送方，将一个SDU分成多个小段，由多个PDU传送接收方，重装SDU支持SDU拼装多个SDU被封装在一个PDU中传输认证与加密接入认证、数据加密,9.5.3 MAC 层要点,9.5.3.1 CS要点功能ATM C
15、SPacket CS9.5.3.2 MAC CPS要点功能带宽请求与分配接入初始化9.5.3.3 PS要点,9.5.3.1 CS要点,功能通过CS SAP向不同的高层协议提供服务汇聚多种不同的业务针对不同的高层业务流进行分类和映射根据业务流及相应的QoS要求，将其映射到不同的CID（连接标识符）两种不同的CSATM CSPacket CS,9.5.3.1 CS要点ATM CS,承载高层数据为ATM信元主要功能将ATM信元头部中的虚电路标识映射为相应的连接标识符CID（16位）对于VP交换，将VPI映射为一个CID对于VC交换，将VPI/VCI映射为一个CID映射的同时，隐含业务的QoS参数。目
16、的是使MAC CPS根据CID建立连接,9.5.3.1 CS要点Packet CS,承载高层数据为可变长分组Ethernet 帧、PPP帧主要功能将不同的高层分组业务进行分类将不同的高层分组业务映射为相应的连接标识符CID映射的同时，隐含业务的QoS参数。目的是使MAC CPS根据CID建立连接,9.5.3.1 CS要点Packet CS,业务流分类与映射,每个高层数据（SDU）首先进入分类器进行匹配 每个业务流对应一个SFID 每个SFID对应匹配一个CID 符合匹配关系的业务流，MAC CPS将按匹配的CID建立连接，保证QoS不符合匹配关系的业务流，可选两种处理策略：直接丢弃 在默认的连
17、接上传输，但不一定 满足QoS要求,9.5.3.2 MAC CPS要点,MAC CPS是MAC层的核心主要功能包括：建立/维持/拆除连接接入控制带宽分配与管理动态业务流管理在特定的MAC连接上传输信息，并保证QoS传送高层数据传送管理信息,9.5.3.2 MAC CPS要点,带宽分配与管理带宽申请由SS向BS发起带宽分配与管理由BS集中控制带宽申请与分配与业务紧密相关带宽申请策略总带宽申请和增量带宽申请相结合单独带宽申请和捎带申请相结合捎带申请只能是申请增量带宽带宽分配策略直接分配（预留，无需申请）先申请后分配,9.5.3.2 MAC CPS要点,带宽分配与管理带宽分配：非申请授予和申请授予非
18、申请授予适用于恒速率时延敏感型业务，不需申请带宽，直接授予（带宽预留）申请授予（轮询申请）单播轮询申请BS定期轮询单播轮询SS，SS在应答中申请带宽一种无竞争的申请方式适用于可变速率时延敏感型业务组播/广播轮询申请BS对一组或全体SS轮询，SS在指定时隙竞争申请带宽一种有竞争的申请方式，可能碰撞适用于时延不敏感的分组数据业务额,9.5.3.2 MAC CPS要点,接入与初始化过程扫描下行信道，建立与BS的同步从BS广播信息中获取上行信道参数测距基本能力协商SS接入准许，并交换密钥注册 建立IP连接（连通性）建立日期/时间传送运行参数连接预连接,初始化完毕：SS已锁定上行和下行信道 获得了预指派
19、的所有业务 流的SFID、QoS参数描述 以及对应的CID 获得了用于发送和接收管 理信息的CID（注意上下行 是分开的）。,9.5.3.3 PS要点,提供SS与BS之间的私密性 包括：加密封装协议 负责空中传输的分组数据的加密只针对MAC PDU中的负荷部分加密 MAC头部及管理信息均不加密密钥管理协议(PKM)负责BS到SS之间密钥的安全分发、密钥数据的同步以及业务接入的鉴权,9.6 802.16 物理层,9.6.1 物理层概述9.6.2 技术要点共用技术211GHz频段的技术特色,9.6.1 物理层概述,9.6.2 物理层技术要点,共性技术双工技术FDD和TDD两种双工方式都采用定时长帧
20、，猝发方式可选的时长：0.5ms/1.0ms/1.5ms信号处理技术随机化处理FEC编码然后进行调制QPSK或16QAM或64QAM（可选）OFDM（DFDM和OFDMA物理层）,9.6.2 物理层技术要点,2-11GHz技术特色 OFDM和OFDMA技术 AAS（adaptive antenna system，天线自适应系统）（略）STC（space time coding，空时编码）（略）,2-11GHz技术特色OFDM,OFDM：正交频分复用一种高效的多载波调制技术基本思想将频带划分成多个子载波，每个子载波单独调制特别之处相邻子载波正交，因此不同子载波可使用相同的频率不仅抗干扰能力强，还
21、大大提高频谱的利用率802.16中使用OFDM技术每个子载波可根据情况采用不同的调制方式BPSK、QPSK、16QAM或64QAM 一个OFDM符号采用多少子载波，哪个子载波采用何种调制方式由BS向SS广播,2-11GHz技术特色OFDMA,OFDMA：正交频分多址采用OFDM调制技术基本思想OFDM子载波按某种规则划分子集也称子信道（subchannel）每个子集由多个子载波组成 802.16中使用OFDMA下行采用OFDMABS可以有意识地指定不同的子信道用于不同组的SS上行采用OFDMABS可以给一个SS指派一个或多个子信道给多个SS指派同一个子信道，彼此再采用TDMA共享该子信道。,9.7 802.16 的应用,可能的应用形式智能大厦固定用户的无线宽带接入大厦固定用户通过以太网互连共享用户站密集小区楼栋用户的无线宽带接入楼栋用户通过以太网互连共享用户站游牧用户的无线宽带接入便携机在一个BS覆盖范围的慢移动接入,
