第9章 無(wú)線城域接入技術(shù)

接入網(wǎng)技術(shù)第9章無(wú)線城域接入技術(shù)教學(xué)重點(diǎn)與要求教學(xué)重點(diǎn)介紹無(wú)線固定寬帶接入概念、特點(diǎn)介紹早期技術(shù)LMDS重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)無(wú)線城域技術(shù)——802.16標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)、技術(shù)特點(diǎn)、接入系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)、技術(shù)要點(diǎn)要求掌握無(wú)線固定寬帶接入概念、特點(diǎn)了解LMDS特點(diǎn)及局限性掌握802.16接入的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)理解802.16的技術(shù)要點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容9.1引言9.2固定無(wú)線接入網(wǎng)概述9.3早期技術(shù)LMDS9.4802.16標(biāo)準(zhǔn)概要9.5802.16MAC層9.6802.16物理層9.1引言BWA技術(shù)正在蓬勃發(fā)展無(wú)線接入不再是有線接入的簡(jiǎn)單補(bǔ)充802.16標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布將極大推動(dòng)無(wú)線城域接入的發(fā)展BWA的諸多優(yōu)勢(shì)形成對(duì)有線接入技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)9.2固定無(wú)線接入網(wǎng)概述概念無(wú)線接入：用戶終端到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的傳輸設(shè)施，部分或全部采用無(wú)線傳輸固定無(wú)線接入：用戶終端位置基本固定的無(wú)線接入特點(diǎn)用戶終端不具備移動(dòng)性對(duì)某一特定地域的固定用戶提供接入沒(méi)有越區(qū)切換和漫游的功能工作頻率高，在微波波段提供高的傳輸容量和多業(yè)務(wù)9.2固定無(wú)線接入網(wǎng)概述基本結(jié)構(gòu)一般采用有中心的結(jié)構(gòu)，中心站稱為基站中心站控制所有用戶站的接入，同時(shí)接入有線網(wǎng)所有用戶站之間不能直接通信，必須通過(guò)基站轉(zhuǎn)發(fā)用戶終端用戶單元基站運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)9.2固定無(wú)線接入網(wǎng)概述

典型的固定無(wú)線接入技術(shù)早期技術(shù)LMDS(LocalMultipointDistributionService）號(hào)稱“無(wú)線光纖”覆蓋3-5km,向密集小區(qū)或大廈提供高速無(wú)線接入MMDS（MultichannelMultipointDistributionService）覆蓋約50km,向城郊的分散用戶提供無(wú)線接入高軌衛(wèi)星接入覆蓋廣闊的地域，為偏遠(yuǎn)地區(qū)的用戶提供無(wú)線接入最新技術(shù)802.16（重點(diǎn)介紹）9.3早期技術(shù)LMDSLMDS系統(tǒng)概要LMDS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)LMDS技術(shù)特點(diǎn)LMDS系統(tǒng)的局限

LMDS系統(tǒng)概要LMDS：LocalMultipointDistributionService本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)采用點(diǎn)到多點(diǎn)微波傳輸技術(shù)傳輸頻段：微波范圍20GHz～40GHz帶寬：1.3GHz，享有“無(wú)線光纖”之稱覆蓋：3～5km（單基站覆蓋半徑）多址方式：FDMA、TDMA調(diào)制方式：QPSK、16QAM、64QAM通信速率：n×64Kbps～155Mbps支持業(yè)務(wù)：話音、數(shù)據(jù)、視頻、多媒體綜合業(yè)務(wù)LMDS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：是一種蜂窩通信結(jié)構(gòu)將提供業(yè)務(wù)的地區(qū)劃分為若干服務(wù)區(qū)每個(gè)服務(wù)區(qū)內(nèi)設(shè)立基站作為中心站基站通過(guò)點(diǎn)到多點(diǎn)無(wú)線鏈路與區(qū)內(nèi)用戶站通信基站不提供跨服務(wù)小區(qū)用戶的切換系統(tǒng)組成：用戶站、基站基站位于服務(wù)區(qū)中央，覆蓋服務(wù)區(qū)用戶基站上聯(lián)LMDS中心局、再連接到業(yè)務(wù)網(wǎng)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無(wú)線鏈路上行信道：多用戶共享，需要MAC機(jī)制用戶站基站LMDS中心局PSTNInternet用戶站基站傳輸骨干網(wǎng)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)－頻率復(fù)用基站的頻率復(fù)用作用：提高頻率利用率，擴(kuò)大系統(tǒng)容量方法：扇區(qū)劃分、多載波、正交極化正交極化：同一載頻的正交極化技術(shù)可隔離多個(gè)載波的相互干擾可用于同一基站的不同扇區(qū)和不同基站的相鄰扇區(qū)可大大提供頻譜資源利用率多載波同一扇區(qū)內(nèi)使用鄰頻多載波，可大大提高系統(tǒng)容量基站的扇區(qū)數(shù)可為：24、16、12、8、6、4相應(yīng)的天線覆蓋角為：150、22.50、300、450、600、900LMDS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)－基站覆蓋（a）單扇區(qū)基站（b）多扇區(qū)基站LMDS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)——用戶站接入一個(gè)LMDS用戶站可為多個(gè)用戶終端提供業(yè)務(wù)如一幢樓的所有用戶終端用戶站設(shè)備含：天線、收發(fā)信機(jī)、網(wǎng)絡(luò)接口單元NIU網(wǎng)絡(luò)接口單元收發(fā)信機(jī)HUBPBX用戶端設(shè)備中心站空中接口PSTNATMIPE1POST10Base-TATM用戶站接入示意圖LMDS技術(shù)特點(diǎn)集中控制，便于用戶接入管理（基站控制）上下行不對(duì)稱下行帶寬為1GHz，上行為300MHz提供QoS保證，根據(jù)業(yè)務(wù)QoS，申請(qǐng)并分配帶寬雙工通信:FDD\TDD多路訪問(wèn)：TDM/TDMA、FDM/FDMA系統(tǒng)容量大：帶寬大（1.3GHz），提供容量大可擴(kuò)容性強(qiáng)：可增加每個(gè)扇區(qū)的載波數(shù)（最多可容納5個(gè)載頻）可增加扇區(qū)的數(shù)量，最多可劃分24個(gè)扇區(qū)中國(guó)的LMDS技術(shù)系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定單位：信息產(chǎn)業(yè)部接入網(wǎng)技術(shù)要求：26GHz本地多點(diǎn)分配系統(tǒng)(LMDS)頻率分配無(wú)線電管理委員會(huì)：[2001]652號(hào)關(guān)于發(fā)布26GHz頻段FDD方式本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)（LMDS）頻率規(guī)劃的通知下行頻率：24.507～25.515GHz，帶寬1.008GHz上行頻率：25.757～26.765GHz，帶寬1.008GHz信道帶寬：28MHz、14MHz、7MHz、3.5MHzFDD雙工間隔：1.250GHzLMDS系統(tǒng)局限性頻段為20—40GHz，各個(gè)國(guó)家根據(jù)情況制定要求視距傳輸受雨衰影響大技術(shù)實(shí)現(xiàn)成本相對(duì)較高沒(méi)有被廣泛接受的標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)展受挫各家產(chǎn)品很難互聯(lián)互通制約了規(guī)模發(fā)展為802.16標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)提供了良好的技術(shù)準(zhǔn)備802.16借鑒了LMDS的部分基本思想系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、上下行技術(shù)、頻段9.4802.16標(biāo)準(zhǔn)概要9.4.1概要9.4.2標(biāo)準(zhǔn)及演進(jìn)9.4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)9.4.4業(yè)務(wù)9.4.5協(xié)議模型9.4.1概要802.16工作組成立于1999年負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)寬帶無(wú)線城域接入規(guī)范以固定城域接入為主旨在提供電信級(jí)的服務(wù)和QoS保證目前最新版本：802.16-2004規(guī)范主要內(nèi)容：10—66GHz頻段MAC層和物理層旨在為集團(tuán)用戶提供固定無(wú)線城域接入多接入用戶共享接入設(shè)備、室外型定向天線2—11GHz頻段MAC層和物理層希望能支持個(gè)人用戶和游牧用戶的接入希望個(gè)人用戶獨(dú)享接入設(shè)備（手持設(shè)備）9.4.2標(biāo)準(zhǔn)及演進(jìn)802.16-2001和802.16c-2002802.16-2001：10GHz～66GHz規(guī)范802.16c-2002：對(duì)802.16-2001修訂需視距傳輸，設(shè)備成本相對(duì)較高802.16a-20032GHz～11GHz規(guī)范超視距傳輸，設(shè)備成本相對(duì)較低規(guī)范了新的物理層新增技術(shù)OFDM、OFDMA、mesh技術(shù)等9.4.2標(biāo)準(zhǔn)及演進(jìn)802.16-2004合并了先前的版本2—66GHz頻段規(guī)范現(xiàn)行最新標(biāo)準(zhǔn)802.16e-2005旨在使用戶能在802.16基站之間自由切換WiMAXWiMAX（WorldInteroperabilityforMicrowaveAccess，全球微波接入互操作性推動(dòng)802.16標(biāo)準(zhǔn)的制定對(duì)不同廠商的芯片和設(shè)備進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化認(rèn)證幫助推動(dòng)與保證設(shè)備的兼容性和互操作性9.4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)點(diǎn)到多點(diǎn)：PMP網(wǎng)格狀：meshPMP結(jié)構(gòu)組成一個(gè)或多個(gè)基站BS、可選的中繼站RS，多個(gè)用戶站SS，內(nèi)部鏈路等通過(guò)G接口連接數(shù)據(jù)終端，F(xiàn)接口連接核心網(wǎng)絡(luò)一個(gè)基站控制多個(gè)用戶站用戶站只能直接與基站（或中繼站）通信用戶站之間的通信必須經(jīng)過(guò)基站轉(zhuǎn)發(fā)(通常用戶站之間不通信)下行：BS是唯一的發(fā)送者上行：多個(gè)SS共享信道，需要MAC協(xié)議單跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)PMP結(jié)構(gòu)基站BS蜂窩結(jié)構(gòu)、一個(gè)或多個(gè)扇區(qū)一個(gè)802.16系統(tǒng)可有多個(gè)BS（擴(kuò)大范圍）用戶站SS用戶側(cè)接入設(shè)備，可由多個(gè)用戶終端共享多個(gè)SS共享到BS的無(wú)線信道中繼站RS可選，目的是擴(kuò)大覆蓋范圍接口G接口：連接SS與TE，如以太接口等F接口：連接802.16網(wǎng)絡(luò)與核心網(wǎng)mesh結(jié)構(gòu)無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功能路由存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)發(fā)802.16mesh結(jié)構(gòu)各SS之間有直接通信的無(wú)線接口SS具有中繼/轉(zhuǎn)發(fā)功能SS之間通過(guò)無(wú)線鏈路形成mesh結(jié)構(gòu)接入范圍明顯增大，盡量避免接入孤點(diǎn)但802.16并沒(méi)有就如何實(shí)現(xiàn)mesh進(jìn)行規(guī)范無(wú)線mesh是目前研究熱點(diǎn)

802.16留有mesh接口，為今后發(fā)展打下了基礎(chǔ)9.4.4業(yè)務(wù)主動(dòng)授權(quán)業(yè)務(wù)UGSUGS：UnsolicitedGrantService固定速率，時(shí)延敏感業(yè)務(wù)如：T1/E1以及沒(méi)有靜默壓縮的VoIP等。實(shí)時(shí)輪詢業(yè)務(wù)rtPSrtPS：Real-timePollingService可變速率實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)如：MPEG視頻業(yè)務(wù)非實(shí)時(shí)輪詢業(yè)務(wù)nrtPSnrtPS：Nonreal-timePollingService非周期變長(zhǎng)分組的非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流如，有保證最小速率要求的Internet接入盡力而為業(yè)務(wù)BEBE：BestEffort非實(shí)時(shí)、無(wú)任何速率和時(shí)延抖動(dòng)要求的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)如E-mail和短信等，不要求提供吞吐量和時(shí)延保證。

9.4.5協(xié)議參考模型

MAC層業(yè)務(wù)匯聚子層CS(Convergence

Sublayer)MAC公共子層（MACCommandPartSublayer）加密子層PS（PrivacySublayer

）物理層PHY業(yè)務(wù)會(huì)聚子層MAC公共子層加密子層物理層高層802.16協(xié)議的范圍MACCSSAPMACSAPPHYSAP9.5802.16MAC層9.5.1MAC概述9.5.2MAC主要特點(diǎn)9.5.3MAC層要點(diǎn)9.5.3.1CS要點(diǎn)9.5.3.2MACCPS要點(diǎn)9.5.3.3PS要點(diǎn)9.5.1MAC概述802.16的宗旨是提供電信級(jí)的服務(wù)和QoS保證MAC協(xié)議十分精巧且復(fù)雜采用面向連接的協(xié)議保證可靠性針對(duì)不同業(yè)務(wù)采用不同的帶寬分配方式，保證QoS采用接入認(rèn)證和數(shù)據(jù)加密保證安全性MAC層功能通過(guò)三個(gè)子層協(xié)同實(shí)現(xiàn)CS、MACCPS、PS9.5.2MAC主要特點(diǎn)提供面向連接的服務(wù)802.16MAC層最顯著的特征多種帶寬分配機(jī)制非申請(qǐng)授予無(wú)競(jìng)爭(zhēng)申請(qǐng)授予（單播輪詢方式）競(jìng)爭(zhēng)申請(qǐng)授予（組播/廣播輪詢方式）沖突分解當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)申請(qǐng)帶寬沖突時(shí)，采用截?cái)喽M(jìn)制指數(shù)退避支持PDU猝發(fā)一次連續(xù)發(fā)送多個(gè)MACPDU支持SDU分段/重裝發(fā)送方，將一個(gè)SDU分成多個(gè)小段，由多個(gè)PDU傳送接收方，重裝SDU支持SDU拼裝多個(gè)SDU被封裝在一個(gè)PDU中傳輸認(rèn)證與加密接入認(rèn)證、數(shù)據(jù)加密9.5.3MAC層要點(diǎn)9.5.3.1CS要點(diǎn)功能ATMCSPacketCS9.5.3.2MACCPS要點(diǎn)功能帶寬請(qǐng)求與分配接入初始化9.5.3.3PS要點(diǎn)9.5.3.1CS要點(diǎn)功能通過(guò)CSSAP向不同的高層協(xié)議提供服務(wù)匯聚多種不同的業(yè)務(wù)針對(duì)不同的高層業(yè)務(wù)流進(jìn)行分類(lèi)和映射根據(jù)業(yè)務(wù)流及相應(yīng)的QoS要求，將其映射到不同的CID（連接標(biāo)識(shí)符）兩種不同的CSATMCSPacketCS9.5.3.1CS要點(diǎn)——ATMCS承載高層數(shù)據(jù)為ATM信元主要功能將ATM信元頭部中的虛電路標(biāo)識(shí)映射為相應(yīng)的連接標(biāo)識(shí)符CID（16位）對(duì)于VP交換，將VPI映射為一個(gè)CID對(duì)于VC交換，將VPI/VCI映射為一個(gè)CID映射的同時(shí)，隱含業(yè)務(wù)的QoS參數(shù)。目的是使MACCPS根據(jù)CID建立連接9.5.3.1CS要點(diǎn)——PacketCS承載高層數(shù)據(jù)為可變長(zhǎng)分組Ethernet幀、PPP幀……主要功能將不同的高層分組業(yè)務(wù)進(jìn)行分類(lèi)將不同的高層分組業(yè)務(wù)映射為相應(yīng)的連接標(biāo)識(shí)符CID映射的同時(shí)，隱含業(yè)務(wù)的QoS參數(shù)。目的是使MACCPS根據(jù)CID建立連接9.5.3.1CS要點(diǎn)——PacketCS業(yè)務(wù)流分類(lèi)與映射每個(gè)高層數(shù)據(jù)（SDU）首先進(jìn)入分類(lèi)器進(jìn)行匹配每個(gè)業(yè)務(wù)流對(duì)應(yīng)一個(gè)SFID

每個(gè)SFID對(duì)應(yīng)匹配一個(gè)CID

符合匹配關(guān)系的業(yè)務(wù)流，MACCPS將按匹配的CID建立連接，保證QoS不符合匹配關(guān)系的業(yè)務(wù)流，可選兩種處理策略：

直接丟棄在默認(rèn)的連接上傳輸，但不一定滿足QoS要求9.5.3.2MACCPS要點(diǎn)MACCPS是MAC層的核心主要功能包括：建立/維持/拆除連接接入控制帶寬分配與管理動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)流管理在特定的MAC連接上傳輸信息，并保證QoS傳送高層數(shù)據(jù)傳送管理信息9.5.3.2MACCPS要點(diǎn)

帶寬分配與管理帶寬申請(qǐng)由SS向BS發(fā)起帶寬分配與管理由BS集中控制帶寬申請(qǐng)與分配與業(yè)務(wù)緊密相關(guān)帶寬申請(qǐng)策略總帶寬申請(qǐng)和增量帶寬申請(qǐng)相結(jié)合單獨(dú)帶寬申請(qǐng)和捎帶申請(qǐng)相結(jié)合捎帶申請(qǐng)只能是申請(qǐng)?jiān)隽繋拵挿峙洳呗灾苯臃峙洌A(yù)留，無(wú)需申請(qǐng)）先申請(qǐng)后分配9.5.3.2MACCPS要點(diǎn)

帶寬分配與管理帶寬分配：非申請(qǐng)授予和申請(qǐng)授予非申請(qǐng)授予適用于恒速率時(shí)延敏感型業(yè)務(wù)，不需申請(qǐng)帶寬，直接授予（帶寬預(yù)留）申請(qǐng)授予（輪詢申請(qǐng)）單播輪詢申請(qǐng)BS定期輪詢單播輪詢SS，SS在應(yīng)答中申請(qǐng)帶寬一種無(wú)競(jìng)爭(zhēng)的申請(qǐng)方式適用于可變速率時(shí)延敏感型業(yè)務(wù)組播/廣播輪詢申請(qǐng)BS對(duì)一組或全體SS輪詢，SS在指定時(shí)隙競(jìng)爭(zhēng)申請(qǐng)帶寬一種有競(jìng)爭(zhēng)的申請(qǐng)方式，可能碰撞適用于時(shí)延不敏感的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)9.5.3.2MACCPS要點(diǎn)

接入與初始化過(guò)程掃描下行信道，建立與BS的同步從BS廣播信息中獲取上行信道參數(shù)測(cè)距基本能力協(xié)商SS接入準(zhǔn)許，并交換密鑰注冊(cè)建立IP連接（連通性）建立日期/時(shí)間傳送運(yùn)行參數(shù)連接預(yù)連接初始化完畢：

SS已鎖定上行和下行信道獲得了預(yù)指派的所有業(yè)務(wù)流的SFID、QoS參數(shù)描述以及對(duì)應(yīng)的CID

獲得了用于發(fā)送和接收管理信息的CID（注意上下行是分開(kāi)的）。9.5.3.3PS要點(diǎn)提供SS與BS之間的私密性包括：加密封裝協(xié)議負(fù)責(zé)空中傳輸?shù)姆纸M數(shù)據(jù)的加密只針對(duì)MACPDU中的負(fù)荷部分加密

MAC頭部及管理信息均不加密密鑰管理協(xié)議(PKM)負(fù)責(zé)BS到SS之間密鑰的安全分發(fā)、密鑰數(shù)據(jù)的同步以及業(yè)務(wù)接入的鑒權(quán)9.6802.16物理層9.6.1物理層概述9.6.2技術(shù)要點(diǎn)共用技術(shù)2－11GHz頻段的技術(shù)特色9.6.1物理層概述類(lèi)別頻段特點(diǎn)WirelessMAN-SC10-66GHz許可頻段單載波調(diào)制，視距傳輸，F(xiàn)DD和TDD雙工，上行：TDMA+DAMAWirelessMAN-SCa

<11GHz許可頻段

單載波調(diào)制，非視距傳輸，F(xiàn)DD和TDD雙工，上行：TDMA+DAMA；可選自適應(yīng)天線系統(tǒng)（AAS）、ARQ和空時(shí)編碼（STC）等WirelessMAN-OFDM<11GHz許可頻段256個(gè)子載波的OFDM調(diào)制，非視距傳輸，F(xiàn)DD和TDD雙工，可選AAS、ARQ、Mesh模式和STC等WirelessMAN-OFDMA<11GHz許可頻段2048個(gè)子載波的OFDM調(diào)制，非視距傳輸，F(xiàn)DD和TDD雙工，可選支持AAS、ARQ和STCWirelessHUMAN

<11GHz免照頻段可采用SCa或OFDM或OFDMA調(diào)制，雙工TDD，必須支持動(dòng)態(tài)頻率選擇（DFS），可選支持AAS、ARQ、Mesh和STC等按需分配多址(DAMA)體制INTELSATIV衛(wèi)星中采用的DAMA體制為每載波單路按需分配多址(SPADE)體制。SPADE體制特點(diǎn)：1.載波只受單路64kb/s的PCM信號(hào)調(diào)制－QPSK；2.信道間隔為45kHz，一個(gè)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的帶寬可以容納800路載波，其中留有6個(gè)載頻位置空閑備用，故可提供794路載波使用；3.各載波動(dòng)態(tài)地按需分配；4.用一個(gè)160kHz帶寬的公共信令信道作動(dòng)態(tài)分配用，其比特率為128kb/s，采用BPSK調(diào)制。工作原理：有公共信令信道：以固定分配的TDMA廣播模式工作。每個(gè)地球站在公共信令信道內(nèi)每50ms中有1ms的時(shí)隙可以用來(lái)請(qǐng)求或釋放信道。信道分配是由所有地球站控制的。由于SPADE體制的按需分配，它的容量相當(dāng)于提高到4倍，即800路的SPADE信道相當(dāng)于3200路MCPC信道。9.6.2物理層技術(shù)要點(diǎn)

共性技術(shù)雙工技術(shù)FDD和TDD兩種雙工方式都采用定時(shí)長(zhǎng)幀，猝發(fā)方式可選的時(shí)長(zhǎng)：0.5ms/1.0ms/1.5ms信號(hào)處理技術(shù)隨機(jī)化處理FEC編碼