第5章 無線廣域網(wǎng)20111218

第5章無線廣域網(wǎng)金光,江先亮本章內(nèi)容簡介 ☆無線廣域網(wǎng)概述 ☆I(lǐng)EEE802.20技術(shù)標準 ☆2G/3G/4G技術(shù)簡介 ☆無線廣域網(wǎng)的應(yīng)用2《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程—原理、應(yīng)用與仿真實驗》——金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗,TsinghuaUniversityPress無線廣域網(wǎng)概述 ●無線廣域網(wǎng)(WWAN)指能覆蓋很大面積范圍的無線網(wǎng)絡(luò)，它能提供更大范圍內(nèi)的無線接入，與其它無線網(wǎng)絡(luò)相比較，應(yīng)更能強調(diào)快速移動性。 ●從目前的應(yīng)用實際來看，WWAN的傳輸速率通常不是很高。 ●典型的WWAN的例子如GSM移動通信、衛(wèi)星通信、3G、4G等系統(tǒng)。3《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程—原理、應(yīng)用與仿真實驗》——金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗,TsinghuaUniversityPress ●WWAN使用戶能使用筆記本電腦、智能手機或其它移動設(shè)備在蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)方便地接入網(wǎng)絡(luò)，進而訪問因特網(wǎng)。 ●WWAN的連接能力可涵蓋相當廣泛的地理區(qū)域，但迄今為止其數(shù)據(jù)傳輸速率相比WiFi、WiMax等都偏低。 ●目前全球的移動通信網(wǎng)絡(luò)主要采用兩大技術(shù)：GSM和CDMA，預(yù)計這兩者均將逐步向3G/4G等技術(shù)演進。4《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程—原理、應(yīng)用與仿真實驗》——金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗,TsinghuaUniversityPress ●GSM標準很早就在歐盟得以使用，包括GSM語音通信、GPRS數(shù)據(jù)傳輸、EDGE等技術(shù)，占據(jù)了全球60%的市場。 ●WCDMA(WidebandCDMA)技術(shù)被許多運營商選為GSM的3G更新標準，WCDMA的數(shù)據(jù)傳輸速率可達2Mbps或更高。 ●美國高通公司最早提出了窄帶CDMA(CDMAIS95)技術(shù)，之后發(fā)展為CDMA2000，也稱CDMAMulti-Carrier。5《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程—原理、應(yīng)用與仿真實驗》——金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗,TsinghuaUniversityPress ●摩托羅拉、朗訊、三星等公司積極參與CDMA標準制定，韓國現(xiàn)已幾乎成為該標準的主導(dǎo)者。 ●目前使用CDMA的地區(qū)為日、韓和北美，雖然市場份額少于WCDMA，但技術(shù)研發(fā)進展很快，許多3G產(chǎn)品已面世并得到使用。6《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程—原理、應(yīng)用與仿真實驗》——金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗,TsinghuaUniversityPress ●TD-SCDMA(TimeDivision-SynchronousCDMA，時分同步碼分多址)是我國提出的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的3G技術(shù)標準，相對于CDMA2000和WCDMA，其起步較晚。 ●該標準融合了智能天線、同步和軟件無線電等技術(shù)，在頻譜利用率、業(yè)務(wù)支持的靈活性、頻率靈活性、成本等方面有獨特優(yōu)勢。

7《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程—原理、應(yīng)用與仿真實驗》——金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗,TsinghuaUniversityPress

●為提高移動寬帶無線接入(MBWA)速度，IEEE802委員會專門設(shè)立了802.20工作組，制定IEEE802.20相關(guān)標準。 ●IEEE802.20標準規(guī)定了工作在3.5GHz以下需申請牌照的頻段 ●用戶峰值：4Mbps(下行)/1.2Mbps(上行) ●小區(qū)峰值：16Mbps(下行)/3.2Mbps(上行)8《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程—原理、應(yīng)用與仿真實驗》——金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗,TsinghuaUniversityPress ●802.20采用純IP體系結(jié)構(gòu)，從網(wǎng)絡(luò)到終端均使用基于IP的協(xié)議通信 ●組成主要包括：IP核心網(wǎng)、含高速路由器的基站、網(wǎng)絡(luò)調(diào)度器、鑒權(quán)、認證和計費(AAA)服務(wù)器、及支持各種應(yīng)用的終端設(shè)備等9《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程—原理、應(yīng)用與仿真實驗》——金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗,TsinghuaUniversityPressIEEE802.20技術(shù)標準IEEE802.20的發(fā)展

☆2002年3月，思科等提出Mobile-Fi概念 ☆2002年7月，移動寬帶無線接入研究小組從802.16工作組中獨立出來 ☆2002年11月，802.20工作組正式成立 ☆2004年11月，802.20工作組確定了其標準化時間表 ☆2005年，初步完成前期準備和征集提案等工作 ☆2006年6月IEEE暫停了802.20工作組的活動10《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程—原理、應(yīng)用與仿真實驗》——金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗,TsinghuaUniversityPress

☆2006年11月，802.20工作組重新開始標準的制定活動 ☆目前，802.20標準還處于制定階段11《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程—原理、應(yīng)用與仿真實驗》——金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗,TsinghuaUniversityPressIEEE802.20的組成與模型 IEEE802.20主要包括以下部分： ☆無線信道模型 ☆移動性管理及切換模型 ☆分布式安全模型 ☆支持的業(yè)務(wù)模型12《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程—原理、應(yīng)用與仿真實驗》——金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗,TsinghuaUniversityPress無線信道模型 802.20的無線信道模型采用了MIMO，主要有：相關(guān)模型、射線跟蹤模型和散射模型。 ☆相關(guān)模型通過在發(fā)射端和接收端合并獨立復(fù)高斯信道矩陣來描述空間相關(guān)性。 ☆射線跟蹤模型假設(shè)已知反射物位置，信道特性通過仿真從每一個發(fā)送天線到每一個接收天線的大量數(shù)據(jù)累加來預(yù)測。 ☆散射模型假定散射物的特定統(tǒng)計分布，利用該分布，通過仿真散射物間的相互作用平面波的方向產(chǎn)生信道模型。13《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程—原理、應(yīng)用與仿真實驗》——金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗,TsinghuaUniversityPress移動性管理及切換模型 ☆移動節(jié)點(MN)與固定用戶通信，則需家鄉(xiāng)代理(HA)和外地代理(FA)共同參與。

☆HA和FA可以是駐留在基站路由器的專用通信模塊，也可采用另外的通信設(shè)備來實現(xiàn)。分布式安全模型

☆分布式安全模型是相對于集中式安全模型而言 ☆分布式安全模型中，各設(shè)備只需將自身作為安全管理器，不依賴其它設(shè)備來實現(xiàn)信任功能。14《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程—原理、應(yīng)用與仿真實驗》——金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗,TsinghuaUniversityPress業(yè)務(wù)模型 ☆各種移動終端設(shè)備(如筆記本PC、PDA、智能手機等)的普及 ☆移動通信業(yè)務(wù)的需求也在不斷增長 ☆WWW、FTP、Email、VoIP、視頻會議、即時通信及其它各種應(yīng)用等15《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程—原理、應(yīng)用與仿真實驗》——金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗,TsinghuaUniversityPressIEEE802.20的性能和協(xié)議棧

☆I(lǐng)EEE802.20的目標是制定適用于高速移動環(huán)境下的寬帶無線接入系統(tǒng)的空中接口規(guī)范 ☆在物理層技術(shù)上，以O(shè)FDM和MIMO為核心，充分挖掘時域、頻域和空間域的資源，提高系統(tǒng)的頻譜效率。 ☆在設(shè)計理念上，基于分組轉(zhuǎn)發(fā)的純IP架構(gòu)處理突發(fā)性數(shù)據(jù)的性能也優(yōu)于現(xiàn)有3G技術(shù)，與3.5G(HSDPA、EV-DO)性能相當。16《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程—原理、應(yīng)用與仿真實驗》——金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗,TsinghuaUniversityPressIEEE802.20的性能指標表工作頻率<3.5G頻帶分配分配給移動通信業(yè)務(wù)的需牌照頻段雙工方式FDD和TDD移動速度最高可達250kmph小區(qū)范圍約15km，即一般城域網(wǎng)范圍，視具體而定安全模式AESMAC幀環(huán)路時延<10ms信道帶寬1.25MHz5MHz小區(qū)峰值數(shù)據(jù)速率(上行)>800kbps>3.2Mbps用戶峰值數(shù)據(jù)速率(上行)>300kbps>1.2Mbps小區(qū)峰值數(shù)據(jù)速率(下行)>4Mbps>16Mbps用戶峰值數(shù)據(jù)速率(下行)>1Mbps>4Mbps頻譜效率移動終端速度上行下行3kmph120kmph3kmph120kmph頻譜效率(bit/sHz/sector)1.00.752.01.7517《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程—原理、應(yīng)用與仿真實驗》——金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗,TsinghuaUniversityPress從上表的性能指標可以看出802.20具有如下特點： ☆高移動性。 ☆頻譜效率高 ☆非視距環(huán)境下的覆蓋范圍廣 ☆短時延 ☆數(shù)據(jù)傳輸高于3G 詳細內(nèi)容見教材112頁18《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程—原理、應(yīng)用與仿真實驗》——金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗,TsinghuaUniversityPressIEEE802.20協(xié)議模型

19《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程—原理、應(yīng)用與仿真實驗》——金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗,TsinghuaUniversityPress基于IP的802.20協(xié)議棧

20《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程—原理、應(yīng)用與仿真實驗》——金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗,TsinghuaUniversityPress基于IP的802.20協(xié)議棧具有下列優(yōu)勢： ☆基于IP的設(shè)計，將現(xiàn)有IP網(wǎng)絡(luò)簡單擴展到無線終端，形成移動的、無處不在的網(wǎng)絡(luò)接入，透明地支持基于各種網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用業(yè)務(wù)。 ☆使用標準IP網(wǎng)絡(luò)部件，無需額外增加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備?！钜詳?shù)據(jù)為中心的物理層和MAC層具有高吞吐量、低冗余等特點。21《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程—原理、應(yīng)用與仿真實驗》——金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗,TsinghuaUniversityPressIEEE802.20與IEEE802.16e、3G的比較

☆802.20在保持較高數(shù)據(jù)傳輸速率的同時，能滿足用戶更高的移動性要求 ☆802.16e為移動性要求不高的用戶提供高速、有效的對稱數(shù)據(jù)傳輸 ☆3G的數(shù)據(jù)傳輸速率較低，但能滿足用戶的全球移動性要求。有關(guān)詳細的比較見教材5.2.4節(jié)22《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程—原理、應(yīng)用與仿真實驗》——金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗,TsinghuaUniversityPress2G/3G/4G技術(shù)簡介移動通信網(wǎng)絡(luò)的幾個發(fā)展階段 ☆模擬蜂窩通信 ☆GSM

☆支持數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的GPRS

☆GPRS到3G的過渡 ☆3G ☆4G技術(shù)23《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程—原理、應(yīng)用與仿真實驗》——金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗,TsinghuaUniversityPress2G技術(shù) 以GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)為例，它具有以下特點： ☆由幾個子系統(tǒng)組成，并可與PSTN等各種公用通信網(wǎng)互連互通； ☆能提供穿過國際邊界的自動漫游功能，移動用戶可進入GSM系統(tǒng)而與國別無關(guān)； ☆除話音業(yè)務(wù)外，還可開放各種承載業(yè)務(wù)、補充業(yè)務(wù)等；24《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程—原理、應(yīng)用與仿真實驗》——金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗,TsinghuaUniversityPress ☆有加密和鑒權(quán)功能，確保通信保密和網(wǎng)絡(luò)安全； ☆具有靈活方便的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，頻率重復(fù)利用率高，移動業(yè)務(wù)交換機的話務(wù)承載能力較強，保證在話音和數(shù)據(jù)兩方面都能滿足用戶的要求； ☆抗干擾能力強，覆蓋區(qū)域內(nèi)的通信質(zhì)量高； ☆終端設(shè)備(手機)向更小型、輕巧和增強功能趨勢發(fā)展。25《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程—原理、應(yīng)用與仿真實驗》——金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗,TsinghuaUniversityPress3G技術(shù) ITU在2000年確定了WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三大主流無線接口標準。

☆WCDMA(WidebandCDMA)的支持者主要是以GSM系統(tǒng)為主的歐洲廠商 ☆CDMA2000由高通公司主導(dǎo) ☆TD-SCDMA是由我國主導(dǎo)的3G標準26《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程—原理、應(yīng)用與仿真實驗》——金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗,TsinghuaUniversityPressWCDMA、TD-SCDMA和CDMA2000技術(shù)比較

WCDMATD-SCDMACDMA2000載波間隔5MHz1.6MHz1.25MHz碼片速率3.84Mcps1.28Mcps1.2288Mcps幀長10ms10ms(分為兩個子幀)20ms基站同步不需要需要需要典型方法GPS功率控制快速功控：上、下行1500Hz0-200Hz反向：800Hz前向：慢/快速功控下行發(fā)射分集支持支持支持頻率間切換支持，可用壓縮

模式進行測量支持，可用空閑時隙

進行測量支持檢測方式相干解調(diào)聯(lián)合檢測相干解調(diào)信道估計公共導(dǎo)頻DwPCH,UpPCH,Midamble前向，反向?qū)ьl編碼方式卷積碼Turbo碼卷積碼Turbo碼卷積碼Turbo碼27《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程—原理、應(yīng)用與仿真實驗》——金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程：原理、應(yīng)用與仿真實驗,TsinghuaUniversityPress4G技術(shù) 4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為三層：物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。 ☆物理網(wǎng)絡(luò)層提供接入和路由選擇功能，由無線和核心網(wǎng)結(jié)合完成。 ☆中間環(huán)境層的功能有QoS映射、地址變換和完全性管理等。 ☆提供具體的應(yīng)用服務(wù)2010年底，ITU已將LTE-Advanced和WirelessMAN-Advanced確定為4G標準。28《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程—原理、應(yīng)用與仿真實驗》——金光,江先亮無線網(wǎng)絡(luò)技