無(wú)線接入概論

無(wú)線接入概論第1頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期五7.1概述無(wú)線接入具有不可替代的優(yōu)點(diǎn)：使用靈活性和更強(qiáng)的抗災(zāi)變能力游牧式的接入：NomadicAccess無(wú)線接入網(wǎng)，是部分或全部采用無(wú)線電波這一傳輸媒質(zhì)連接用戶與交換中心的接入網(wǎng)無(wú)線接入網(wǎng)無(wú)線本地環(huán)路蜂窩與無(wú)繩系統(tǒng)連接用戶終端與交換中心的微波一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)系統(tǒng)衛(wèi)星接入系統(tǒng)無(wú)線局域網(wǎng)第2頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期五使用歷史采用無(wú)線電波連接用戶與交換中心已有多年歷史最初，其主要應(yīng)用為兩個(gè)方面用于用戶密度稀疏且有線鏈路難以到達(dá)的地區(qū)，如海島、山區(qū)和農(nóng)村等作為臨時(shí)性通信手段使用，例如，臨時(shí)貿(mào)易中心、臨時(shí)體育比賽中心等應(yīng)用場(chǎng)合隨著蜂窩和無(wú)繩移動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展，無(wú)線鏈路的使用已移向用戶密集的市區(qū)同時(shí)，它也逐漸從臨時(shí)性鏈路變?yōu)橛谰眯枣溌窂墓潭ㄐ越尤胱優(yōu)橐苿?dòng)性接入從窄帶接入向?qū)拵Ы尤氚l(fā)展第3頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期五例：蜂窩移動(dòng)通信第一代（1G）模擬移動(dòng)通信的歷史使命已完成第二代（2G）數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)正在運(yùn)營(yíng)第三代（3G）移動(dòng)通信系統(tǒng)正在運(yùn)營(yíng)第四代（4G）移動(dòng)通信系統(tǒng)正在孕育之中第4頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期五分類(lèi)無(wú)線接入網(wǎng)按照用戶終端的可移動(dòng)性，可分為固定接入移動(dòng)接入按照傳輸帶寬的寬窄，可分為窄帶接入：接入速率低于2Mb/s寬帶接入：傳輸帶寬高于或等于2Mb/s第5頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期五無(wú)線接入網(wǎng)主要特點(diǎn)建設(shè)周期短-省去了挖坑埋纜，或豎桿架線等線路施工過(guò)程在通信距離較長(zhǎng)時(shí)，具有較好的經(jīng)濟(jì)性-節(jié)省建設(shè)投資和維護(hù)費(fèi)用抗災(zāi)變能力強(qiáng)-不容易被自然災(zāi)害所中斷，恢復(fù)時(shí)間也較短能同時(shí)向用戶提供固定接入和移動(dòng)接入。能向用戶提供移動(dòng)性業(yè)務(wù)是無(wú)線接入網(wǎng)區(qū)別于有線接入網(wǎng)的最重要標(biāo)志支持個(gè)人通信。個(gè)人通信的特點(diǎn)是用戶與終端的移動(dòng)性第6頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期五無(wú)線接入信道的反射、衍射和散射電磁波在傳播時(shí)，如果遇到障礙物，并且此障礙物大小與波長(zhǎng)相比很大，那么電磁波就會(huì)發(fā)生反射遇到障礙物有比較尖銳的斷面，電磁波會(huì)發(fā)生衍射，即不按直線傳播當(dāng)傳播介質(zhì)充滿了遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的障礙物，則電磁波發(fā)生散射-向多方向輻射第7頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期五衰落與多徑傳播多徑傳播在無(wú)線信道中，電磁波傳播時(shí)由于各種反射、衍射和散射，會(huì)產(chǎn)生大量的傳播路徑，傳播路徑不同會(huì)造成相位差異，路徑損失也不同在接收端來(lái)自不同方向、通過(guò)不同傳播路徑的電磁波經(jīng)由同一天線接收，會(huì)在天線處通過(guò)矢量疊加得到合成信號(hào)，形成多徑傳播衰落移動(dòng)臺(tái)短時(shí)快速移動(dòng)，會(huì)使接收的能量起伏不定，呈現(xiàn)明顯的隨機(jī)波動(dòng)現(xiàn)象，即衰落，這種衰落的能量波動(dòng)變化很快，稱(chēng)為快衰落，（小尺度衰落）當(dāng)接收天線向遠(yuǎn)離發(fā)射天線方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，能量也會(huì)衰減，這種衰減幅度較小，稱(chēng)為慢衰落（大尺度衰落）第8頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期五影響衰落的因素多徑傳播移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)速度信道中障礙物的移動(dòng)速度信號(hào)的帶寬第9頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期五衰落類(lèi)型信道參數(shù)（時(shí)延和Doppler擴(kuò)展）以及信號(hào)參數(shù)（帶寬、符號(hào)間隔）共同決定了發(fā)射信號(hào)所經(jīng)歷的衰落特性，根據(jù)這些參數(shù)可以將信道進(jìn)行分類(lèi)。多徑時(shí)延擴(kuò)展產(chǎn)生的衰落效應(yīng)平坦衰落：無(wú)線信道帶寬大于發(fā)射信號(hào)帶寬，信號(hào)頻譜不變頻率選擇性衰落：信道帶寬小于信號(hào)帶寬，接收信號(hào)各頻率分量增益不同Doppler擴(kuò)展引起的衰落效應(yīng)快衰落：信道的變化率大于信號(hào)的變化率，即數(shù)據(jù)率很低的情況下慢衰落：信道的變化率小于信號(hào)的變化率，即信道可以在一個(gè)或多個(gè)符號(hào)周期不變化第10頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期五常見(jiàn)的無(wú)線環(huán)境車(chē)載無(wú)線環(huán)境特征是宏小區(qū)和大的發(fā)射功率室外到室內(nèi)和步行者的無(wú)線環(huán)境特征是微小區(qū)和低的發(fā)射功率室內(nèi)辦公無(wú)線環(huán)境發(fā)射功率較小，基站和用戶均在室內(nèi)第11頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期五無(wú)線接入的基本技術(shù)信源編碼與信道編碼技術(shù)多址接入技術(shù)抗衰落技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)無(wú)線空中接口第12頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期五信源編碼技術(shù)信源編碼就是將來(lái)自模擬信源或離散信源的信號(hào)變換為適合于在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)波形編碼對(duì)模擬話音信號(hào)取樣、量化后直接編碼形成數(shù)字信號(hào)在接收端通過(guò)解碼恢復(fù)話音信號(hào)的原始波形參量編碼對(duì)模擬話音信號(hào)取樣、量化后，取出話音的特征參量，對(duì)這些特征參量進(jìn)行編碼形成數(shù)字信號(hào)直接編碼形成數(shù)字信號(hào)在接收端通過(guò)解碼確保話音的可懂度和清晰度混合編碼不但對(duì)話音信號(hào)的特征參量進(jìn)行編碼，而且對(duì)原信號(hào)的部分波形進(jìn)行編碼在數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用第13頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期五信道編碼技術(shù)信道編碼就是在數(shù)據(jù)發(fā)送之前，在信息碼元中再增加冗余碼元（即監(jiān)督碼元），用來(lái)供接收端糾正或檢出信息在信道傳輸中產(chǎn)生的誤碼分組碼特點(diǎn)：監(jiān)督碼元只與本組的信息碼元有關(guān)循環(huán)碼中的任何一個(gè)碼字向左或向右循環(huán)移位后，仍是該碼字集合中的碼字BCH碼是一種能糾正多個(gè)隨機(jī)差錯(cuò)的特殊循環(huán)碼，其碼長(zhǎng)為n＝2m－1或是2m－1的因子，m為正整數(shù)R-S是Reed-Solomon碼的縮寫(xiě)，是一種多進(jìn)制的BCH碼。一個(gè)M進(jìn)制碼元有M個(gè)二進(jìn)制碼元第14頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期五信道編碼技術(shù)（2）交織編碼將已編碼的碼字交織，使突發(fā)誤碼轉(zhuǎn)換為一個(gè)糾錯(cuò)碼字內(nèi)的隨機(jī)誤碼對(duì)突發(fā)錯(cuò)誤有效卷積碼表示編碼器的n個(gè)輸出不僅與本時(shí)間單元內(nèi)的k個(gè)輸入碼有關(guān)，還和前m-1個(gè)時(shí)間單元的輸入碼有關(guān)Turbo碼卷積編碼+非均勻交織第15頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期五多址接入技術(shù)頻分多址（FDMA）FrequencyDivisionMultipleAccess把通信系統(tǒng)的總頻段劃分成若干個(gè)等間隔的頻道（或稱(chēng)信道），分配給不同的用戶使用時(shí)分多址（TDMA）TimeDivisionMultipleAccess把無(wú)線頻譜按時(shí)隙劃分，若干個(gè)時(shí)隙組成一幀碼分多址（CDMA）CodeDivisionMultipleAccess各用戶使用各自的擴(kuò)頻編碼，即用互不相同、相互正交或準(zhǔn)正交的地址碼來(lái)調(diào)制信號(hào)，在接收端通過(guò)相關(guān)檢測(cè)從混合信號(hào)中選出相應(yīng)的信號(hào)空分多址（SDMA）SpaceDivisionMultipleAccess通過(guò)控制用戶的空間輻射能量來(lái)提供多址接入能力通過(guò)分割空間信道分離同一時(shí)隙和同一頻道上的多個(gè)用戶信號(hào)第16頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期五抗衰落技術(shù)分集技術(shù)空間分集（SpaceDiversity）是在發(fā)端使用一副發(fā)射天線，接收端使用多副接收天線，并且接收端天線的間隔足夠大（d≥/2），從而保證各接收天線輸入信號(hào)的衰落特性相互獨(dú)立時(shí)間分集（TimeDiversity）就是將給定的信號(hào)在時(shí)間上相隔一定的間隔重復(fù)傳輸多次，只要時(shí)間間隔大于相干時(shí)間，就可以得到多條獨(dú)立的分集支路頻率分集（FrequencyDiversity）是將要傳輸?shù)男畔⒎謩e以不同的載頻發(fā)射出去，只要載頻的間隔大于相干帶寬，那么在接收端就可以得到衰落特性不相關(guān)的信號(hào)第17頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期五抗衰落技術(shù)（2）自適應(yīng)均衡技術(shù)采用自適應(yīng)均衡技術(shù)可以克服碼間干擾均衡技術(shù)的目的是根據(jù)信道的特性，按某種最佳準(zhǔn)則來(lái)設(shè)計(jì)均衡器的特性，使得經(jīng)過(guò)信道傳輸后的收端信號(hào)與發(fā)端信號(hào)之間達(dá)到最佳匹配算法有多種，即最小均方誤差算法、遞歸最小二乘法、快速遞歸最小二乘法、平方根遞歸最小二乘法和梯度遞歸最小二乘法等第18頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期五網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)目標(biāo)對(duì)于接入網(wǎng)絡(luò)的呼叫請(qǐng)求進(jìn)行鑒權(quán)，判定用戶身份的合法性對(duì)移動(dòng)臺(tái)的用戶識(shí)別碼進(jìn)行保護(hù)，即用經(jīng)常變更的臨時(shí)移動(dòng)臺(tái)識(shí)別碼代替用戶識(shí)別碼對(duì)無(wú)線信道上的用戶數(shù)據(jù)和信令信息進(jìn)行加密用戶鑒權(quán)移動(dòng)臺(tái)做主叫、移動(dòng)臺(tái)做被叫、移動(dòng)臺(tái)位置登記、位置更新、基站要求鑒權(quán)信息加密使基站和移動(dòng)臺(tái)之間交換的用戶信息和用戶參數(shù)不被截獲或監(jiān)聽(tīng)第19頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期五無(wú)線空中接口無(wú)線接口自下而上分為三層：物理層---完成編碼、調(diào)制及各物理信道的擴(kuò)頻數(shù)據(jù)鏈路層---在移動(dòng)臺(tái)和基站之間建立可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道完成建立、維持及釋放一個(gè)邏輯鏈路連接所必須的功能，包括流量控制、爭(zhēng)先判決、序列控制，選擇確認(rèn)或不確認(rèn)操作之類(lèi)的通信方式，將通信數(shù)據(jù)插入發(fā)信數(shù)據(jù)幀或從收信幀中取出等管理層---可進(jìn)一步分為三個(gè)子層無(wú)線資源管理子層：建立、改變和釋放無(wú)線信道。包括無(wú)線信道的設(shè)置、分配、切換及性能監(jiān)測(cè)等移動(dòng)管理子層主要支持用戶的移動(dòng)性，在移動(dòng)臺(tái)和移動(dòng)交換中心間建立、保持及釋放連接，管理由移動(dòng)臺(tái)啟動(dòng)的位置更新，以及加密、識(shí)別和用戶鑒權(quán)等事務(wù)連接管理子層支持以交換信息為目的的通信，由呼叫控制、補(bǔ)充業(yè)務(wù)、短消息業(yè)務(wù)組成第20頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期五總結(jié)無(wú)線傳輸技術(shù)復(fù)雜頻率有限、干擾起伏、信道復(fù)雜近年來(lái)技術(shù)進(jìn)步令人矚目高效調(diào)制、強(qiáng)力糾錯(cuò)、有效的MAC協(xié)議需求與技術(shù)，強(qiáng)烈激發(fā)了多種BWA的標(biāo)準(zhǔn)化BWA：BroadbandWirelessAccessWPAN/WLAN/WMAN/WRAN，WWAN無(wú)線接入正在迎來(lái)生機(jī)蓬勃的春天第21頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期五7.2無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展史歷史悠久互聯(lián)網(wǎng)初期：ARPANET無(wú)線傳輸?shù)姆纸M交換網(wǎng)絡(luò)：PRNET分組無(wú)線網(wǎng)和SATNET分組衛(wèi)星網(wǎng)早期的無(wú)線接入網(wǎng)：夏威夷大學(xué)ALOHAnet：將分散在4個(gè)島嶼上的計(jì)算機(jī)終端用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接到主校區(qū)的計(jì)算機(jī)主機(jī)早期網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)驗(yàn)無(wú)線接入，有時(shí)是不可取代的，如野外、荒島分組交換是唯一合理的技術(shù)必須大大提高調(diào)制、抗干擾的能力必須深入研究MAC協(xié)議以適應(yīng)復(fù)雜的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境長(zhǎng)期以來(lái)，研究工作一直在努力例如軍事通信領(lǐng)域的Ad-hoc、MANET第22頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期五7.3地面BWA技術(shù)多種BWA技術(shù)正在蓬勃發(fā)展需求牽引、技術(shù)推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)十分活躍IEEE802委員會(huì)對(duì)BWA展開(kāi)全線標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)802.11：WLAN，無(wú)線局域網(wǎng)802.15：WPAN，無(wú)線個(gè)域網(wǎng)802.16：WMAN，無(wú)線城域網(wǎng)802.20：MBWA，移動(dòng)寬帶無(wú)線接入802.22：WRAN，無(wú)線區(qū)域網(wǎng)WWAN：無(wú)線廣域網(wǎng)正在走向?qū)拵В?G第23頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期五WLAN接入技術(shù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：802.11，現(xiàn)行版本是1999版802.11：2Mb/s802.11b：11Mb/s802.11a和802.11g：54Mb/s802.11n：100Mb/s802.11i：增加安全性802.11e：鏈路Q(chēng)oS802.11s：無(wú)線mesh網(wǎng)802.11p：車(chē)輛接入網(wǎng)802.11k：無(wú)線廣播資源管理802.11v：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)管理廠商聯(lián)盟Wi-Fi(WirelessFidelity)第24頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期五WMAN接入技術(shù)城域接入網(wǎng)絡(luò)，覆蓋半徑為10千米到幾十千米，70Mb/s技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：802.16802.16-2001：在10GHz-66GHz頻段工作的固定BWA系統(tǒng)2Mb/s802.16c-2002：技術(shù)上修正802.16a-2003：2GHz-11GHz頻段工作的BWA系統(tǒng)802.16-2004：當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)版本，用于城域固定寬帶無(wú)線接入802.16e：提供面向移動(dòng)終端的服務(wù)廠商聯(lián)盟WiMAX(微波接入全球互操作性)論壇第25頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期五WWAN接入技術(shù)并不直接使用物理介質(zhì)，而是基于已有的通信基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)件網(wǎng)絡(luò)---基于移動(dòng)通信GSM+GPRS=2.5G網(wǎng)絡(luò)3G移動(dòng)通信系統(tǒng)第26頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期五WPAN接入技術(shù)附加一公里工作于服務(wù)10m范圍的個(gè)人區(qū)域，用于組成個(gè)人網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：802.15第27頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期五7.4衛(wèi)星接入技術(shù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋特性地面網(wǎng)絡(luò)：路燈式覆蓋衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)：陽(yáng)光式覆蓋衛(wèi)星接入的特別意義覆蓋：邊遠(yuǎn)地區(qū)、崇山峻嶺、浩瀚海域用于：野外接入、應(yīng)急搶險(xiǎn)接入、海上接入衛(wèi)星軌道類(lèi)型：GEO/MEO/LEOGEO：地球同步軌道衛(wèi)星，36000km的地球同步軌道上LEO：低地球軌道衛(wèi)星，800km-2000km，發(fā)射功率低MEO：中地球軌道衛(wèi)星，10000km-20000km，覆蓋單次通信應(yīng)用前景前幾年，部署受挫現(xiàn)在，正開(kāi)始新一輪發(fā)展第28頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期五7.5競(jìng)爭(zhēng)與共存BWA技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)各種BWA應(yīng)用領(lǐng)域并不一致也存在強(qiáng)烈競(jìng)爭(zhēng)，