第9章無線城域接入技術(shù)

第9章無線城域接入技術(shù)第一頁，共49頁。教學(xué)重點與要求教學(xué)重點介紹無線固定寬帶接入概念、特點介紹早期技術(shù)LMDS重點強調(diào)無線城域技術(shù)——802.16標(biāo)準(zhǔn)演進、技術(shù)特點、接入系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)、技術(shù)要點要求掌握無線固定寬帶接入概念、特點了解LMDS特點及局限性掌握802.16接入的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其特點理解802.16的技術(shù)要點第二頁，共49頁。教學(xué)內(nèi)容9.1引言9.2固定無線接入網(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物理層第三頁，共49頁。9.1引言BWA技術(shù)正在蓬勃發(fā)展無線接入不再是有線接入的簡單補充802.16標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布將極大推動無線城域接入的發(fā)展BWA的諸多優(yōu)勢形成對有線接入技術(shù)的競爭第四頁，共49頁。9.2固定無線接入網(wǎng)概述概念無線接入：用戶終端到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的傳輸設(shè)施，部分或全部采用無線傳輸固定無線接入：用戶終端位置基本固定的無線接入特點用戶終端不具備移動性對某一特定地域的固定用戶提供接入沒有越區(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)第五頁，共49頁。9.2固定無線接入網(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，同時接入有線網(wǎng)所有用戶站之間不能直接通信，必須通過基站轉(zhuǎn)發(fā)用戶終端用戶單元基站運營商網(wǎng)絡(luò)第六頁，共49頁。9.2固定無線接入網(wǎng)概述

典型的固定無線接入技術(shù)早期技術(shù)LMDS(LocalMultipointDistributionService）號稱“無線光纖”覆蓋3-5km,向密集小區(qū)或大廈提供高速無線接入MMDS（MultichannelMultipointDistributionService）覆蓋約50km,向城郊的分散用戶提供無線接入高軌衛(wèi)星接入覆蓋廣闊的地域，為偏遠地區(qū)的用戶提供無線接入最新技術(shù)802.16（重點介紹）第七頁，共49頁。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LMDS系統(tǒng)的局限第八頁，共49頁。

LMDS系統(tǒng)概要LMDS：LocalMultipointDistributionService本地多點分配業(yè)務(wù)采用點到多點微波傳輸技術(shù)傳輸頻段：微波范圍20GHz～40GHz帶寬：1.3GHz，享有“無線光纖”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)第九頁，共49頁。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)每個服務(wù)區(qū)內(nèi)設(shè)立基站作為中心站基站通過點到多點無線鏈路與區(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)點對多點無線鏈路上行信道：多用戶共享，需要MAC機制用戶站基站LMDS中心局PSTNInternet用戶站基站傳輸骨干網(wǎng)第十頁，共49頁。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、900第十一頁，共49頁。LMDS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)－基站覆蓋（a）單扇區(qū)基站（b）多扇區(qū)基站第十二頁，共49頁。LMDS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)——用戶站接入一個LMDS用戶站可為多個用戶終端提供業(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、網(wǎng)絡(luò)接口單元NIU網(wǎng)絡(luò)接口單元收發(fā)信機HUBPBX用戶端設(shè)備中心站空中接口PSTNATMIPE1POST10Base-TATM用戶站接入示意圖第十三頁，共49頁。LMDS技術(shù)特點集中控制，便于用戶接入管理（基站控制）上下行不對稱下行帶寬為1GHz，上行為300MHz提供QoS保證，根據(jù)業(yè)務(wù)QoS，申請并分配帶寬雙工通信:FDD\TDD多路訪問：TDM/TDMA、FDM/FDMA系統(tǒng)容量大：帶寬大（1.3GHz），提供容量大可擴容性強：可增加每個扇區(qū)的載波數(shù)（最多可容納5個載頻）可增加扇區(qū)的數(shù)量，最多可劃分24個扇區(qū)第十四頁，共49頁。中國的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本地多點分配系統(tǒng)(LMDS)頻率分配無線電管理委員會：[2001]652號關(guān)于發(fā)布26GHz頻段FDD方式本地多點分配業(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：1.250GHz第十五頁，共49頁。LMDS系統(tǒng)局限性頻段為20—40GHz，各個國家根據(jù)情況制定要求視距傳輸受雨衰影響大技術(shù)實現(xiàn)成本相對較高沒有被廣泛接受的標(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)、頻段第十六頁，共49頁。9.4802.16標(biāo)準(zhǔn)概要9.4.1概要9.4.2標(biāo)準(zhǔn)及演進9.4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)9.4.4業(yè)務(wù)9.4.5協(xié)議模型第十七頁，共49頁。9.4.1概要802.16工作組成立于1999年負責(zé)開發(fā)寬帶無線城域接入規(guī)范以固定城域接入為主旨在提供電信級的服務(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用戶提供固定無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人用戶和游牧用戶的接入希望個人用戶獨享接入設(shè)備（手持設(shè)備）第十八頁，共49頁。9.4.2標(biāo)準(zhǔn)及演進802.16-2001和802.16c-2002802.16-2001：10GHz～66GHz規(guī)范802.16c-2002：對802.16-2001修訂需視距傳輸，設(shè)備成本相對較高802.16a-20032GHz～11GHz規(guī)范超視距傳輸，設(shè)備成本相對較低規(guī)范了新的物理層新增技術(shù)OFDM、OFDMA、mesh技術(shù)等第十九頁，共49頁。9.4.2標(biāo)準(zhǔn)及演進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802.16標(biāo)準(zhǔn)的制定對不同廠商的芯片和設(shè)備進行標(biāo)準(zhǔn)化認(rèn)證幫助推動與保證設(shè)備的兼容性和互操作性第二十頁，共49頁。9.4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)點到多點：PMP網(wǎng)格狀：mesh第二十一頁，共49頁。PMP結(jié)構(gòu)組成一個或多個基站BS、可選的中繼站RS，多個用戶站SS，內(nèi)部鏈路等通過G接口連接數(shù)據(jù)終端，F(xiàn)接口連接核心網(wǎng)絡(luò)一個基站控制多個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SS共享信道，需要MAC協(xié)議單跳無線網(wǎng)絡(luò)第二十二頁，共49頁。PMP結(jié)構(gòu)基站BS蜂窩結(jié)構(gòu)、一個或多個扇區(qū)一個802.16系統(tǒng)可有多個BS（擴大范圍）用戶站SS用戶側(cè)接入設(shè)備，可由多個用戶終端共享多個SS共享到BS的無線信道中繼站RS可選，目的是擴大覆蓋范圍接口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)第二十三頁，共49頁。mesh結(jié)構(gòu)無線mesh網(wǎng)絡(luò)多跳無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點功能路由存儲與轉(zhuǎn)發(fā)第二十四頁，共49頁。802.16mesh結(jié)構(gòu)各SS之間有直接通信的無線接口SS具有中繼/轉(zhuǎn)發(fā)功能SS之間通過無線鏈路形成mesh結(jié)構(gòu)接入范圍明顯增大，盡量避免接入孤點但802.16并沒有就如何實現(xiàn)mesh進行規(guī)范無線mesh是目前研究熱點802.16留有mesh接口，為今后發(fā)展打下了基礎(chǔ)第二十五頁，共49頁。9.4.4業(yè)務(wù)主動授權(quán)業(yè)務(wù)UGSUGS：UnsolicitedGrantService固定速率，時延敏感業(yè)務(wù)如：T1/E1以及沒有靜默壓縮的VoIP等。實時輪詢業(yè)務(wù)rtPSrtPS：Real-timePollingService可變速率實時業(yè)務(wù)如：MPEG視頻業(yè)務(wù)非實時輪詢業(yè)務(wù)nrtPSnrtPS：Nonreal-timePollingService非周期變長分組的非實時數(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非實時、無任何速率和時延抖動要求的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)如E-mail和短信等，不要求提供吞吐量和時延保證。

第二十六頁，共49頁。9.4.5協(xié)議參考模型MAC層業(yè)務(wù)匯聚子層CS(ConvergenceSublayer)MAC公共子層（MACCommandPartSublayer）加密子層PS（PrivacySublayer）物理層PHY業(yè)務(wù)會聚子層MAC公共子層加密子層物理層高層802.16協(xié)議的范圍MACCSSAPMACSAPPHYSAP第二十七頁，共49頁。9.5802.16MAC層9.5.1MAC概述9.5.2MAC主要特點9.5.3MAC層要點9.5.3.1CS要點9.5.3.2MACCPS要點9.5.3.3PS要點第二十八頁，共49頁。9.5.1MAC概述802.16的宗旨是提供電信級的服務(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層功能通過三個子層協(xié)同實現(xiàn)CS、MACCPS、PS第二十九頁，共49頁。9.5.2MAC主要特點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制非申請授予無競爭申請授予（單播輪詢方式）競爭申請授予（組播/廣播輪詢方式）沖突分解當(dāng)競爭申請帶寬沖突時，采用截斷二進制指數(shù)退避支持PDU猝發(fā)一次連續(xù)發(fā)送多個MACPDU支持SDU分段/重裝發(fā)送方，將一個SDU分成多個小段，由多個PDU傳送接收方，重裝SDU支持SDU拼裝多個SDU被封裝在一個PDU中傳輸認(rèn)證與加密接入認(rèn)證、數(shù)據(jù)加密第三十頁，共49頁。9.5.3MAC層要點9.5.3.1CS要點功能ATMCSPacketCS9.5.3.2MACCPS要點功能帶寬請求與分配接入初始化9.5.3.3PS要點第三十一頁，共49頁。9.5.3.1CS要點功能通過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)針對不同的高層業(yè)務(wù)流進行分類和映射根據(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)識符）兩種不同的CSATMCSPacketCS第三十二頁，共49頁。9.5.3.1CS要點——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)識映射為相應(yīng)的連接標(biāo)識符CID（16位）對于VP交換，將VPI映射為一個CID對于VC交換，將VPI/VCI映射為一個CID映射的同時，隱含業(yè)務(wù)的QoS參數(shù)。目的是使MACCPS根據(jù)CID建立連接第三十三頁，共49頁。9.5.3.1CS要點——PacketCS承載高層數(shù)據(jù)為可變長分組Ethernet幀、PPP幀……主要功能將不同的高層分組業(yè)務(wù)進行分類將不同的高層分組業(yè)務(wù)映射為相應(yīng)的連接標(biāo)識符CID映射的同時，隱含業(yè)務(wù)的QoS參數(shù)。目的是使MACCPS根據(jù)CID建立連接第三十四頁，共49頁。9.5.3.1CS要點——PacketCS業(yè)務(wù)流分類與映射每個高層數(shù)據(jù)（SDU）首先進入分類器進行匹配每個業(yè)務(wù)流對應(yīng)一個SFID每個SFID對應(yīng)匹配一個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要求第三十五頁，共49頁。9.5.3.2MACCPS要點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)傳送管理信息第三十六頁，共49頁。9.5.3.2MACCPS要點

帶寬分配與管理帶寬申請由SS向BS發(fā)起帶寬分配與管理由BS集中控制帶寬申請與分配與業(yè)務(wù)緊密相關(guān)帶寬申請策略總帶寬申請和增量帶寬申請相結(jié)合單獨帶寬申請和捎帶申請相結(jié)合捎帶申請只能是申請增量帶寬帶寬分配策略直接分配（預(yù)留，無需申請）先申請后分配第三十七頁，共49頁。9.5.3.2MACCPS要點

帶寬分配與管理帶寬分配：非申請授予和申請授予非申請授予適用于恒速率時延敏感型業(yè)務(wù)，不需申請帶寬，直接授予（帶寬預(yù)留）申請授予（輪詢申請）單播輪詢申請BS定期輪詢單播輪詢SS，SS在應(yīng)答中申請帶寬一種無競爭的申請方式適用于可變速率時延敏感型業(yè)務(wù)組播/廣播輪詢申請BS對一組或全體SS輪詢，SS在指定時隙競爭申請帶寬一種有競爭的申請方式，可能碰撞適用于時延不敏感的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)第三十八頁，共49頁。9.5.3.2MACCPS要點

接入與初始化過程掃描下行信道，建立與BS的同步從BS廣播信息中獲取上行信道參數(shù)測距基本能力協(xié)商SS接入準(zhǔn)許，并交換密鑰注冊建立IP連接（連通性）建立日期/時間傳送運行參數(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（注意上下行是分開的）。第三十九頁，共49頁。9.5.3.3PS要點提供SS與BS之間的私密性包括：加密封裝協(xié)議負責(zé)空中傳輸?shù)姆纸M數(shù)據(jù)的加密只針對MACPDU中的負荷部分加密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)第四十頁，共49頁。9.6802.16物理層9.6.1物理層概述9.6.2技術(shù)要點共用技術(shù)2－11GHz頻段的技術(shù)特色第四十一頁，共49頁。9.6.1物理層概述類別頻段特點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和空時編碼（STC）等WirelessMAN-OFDM<11GHz許可頻段256個子載波的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，必須支持動態(tài)頻率選擇（DFS），可選支持AAS、ARQ、Mesh和STC等第四十二頁，共49頁。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：1.載波只受單路64kb/s的PCM信號調(diào)制－QPSK；2.信道間隔為45kHz，一個衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的帶寬可以容納800路載波，其中留有6個載頻位置空閑備用，故可提供794路載波使用；3.各載波動態(tài)地按需分配；4.用一個160kHz帶寬的公共信令信道作動態(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。每個地球站在公共信令信道內(nèi)每50ms中有1ms的時隙可以用來請求或釋放信道。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。第四十三頁，共49頁。9.6.2物理層技術(shù)要點

共性技術(shù)雙工技術(shù)FDD和TDD兩種雙工方式都采用定時長幀，猝發(fā)方式可選的時長：0.5ms/1.0ms/1.5ms信號處理技術(shù)隨機化處理FEC編碼然后進行調(diào)制QPSK或16QAM或64QAM（可選）O