全書課件：寬帶無線通信技術(shù)

第1章寬帶無線通信技術(shù)概述無線通信技術(shù)的發(fā)展1.1寬帶無線接入概述1.2寬帶無線接入的技術(shù)分類1.3BWA技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r1.4本章內(nèi)容?

無線通信技術(shù)的發(fā)展?

寬帶無線接入技術(shù)概述?

寬帶無線接入技術(shù)分類?

寬帶無線接入技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r本章重點?

無線通信技術(shù)的發(fā)展?

寬帶無線接入的基礎(chǔ)知識?

各種不同的寬帶接入技術(shù)學(xué)習(xí)本章目的和要求?

了解無線通信技術(shù)的原理和基礎(chǔ)知識?

了解寬帶無線接入技術(shù)的基本原理?

初步認(rèn)識各種寬帶接入技術(shù)1.1無線通信技術(shù)的發(fā)展

過去的10多年是通信技術(shù)、電信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及電信服務(wù)水平飛速發(fā)展的黃金十年，高新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，基礎(chǔ)設(shè)施日益完善，服務(wù)模式推陳出新，形成了一個欣欣向榮的巨大產(chǎn)業(yè)，涌現(xiàn)了一些具有代表性的通信技術(shù)。

在有線通信方面，隨著20世紀(jì)90年代中期ATM、FR、DDN網(wǎng)絡(luò)的大面積建設(shè)，電信數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)市場徹底告別了X.25時代，開啟了一個寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展與應(yīng)用的春天。

在公眾服務(wù)領(lǐng)域，無線和移動通信技術(shù)及服務(wù)相對有線通信而言可謂是更加轟轟烈烈，后來居上。20世紀(jì)80年代末的無線尋呼技術(shù)及服務(wù)的出現(xiàn)，首次將普通百姓帶入了一個移動通信的時代。

第一代移動通信系統(tǒng)是以美國的AMPS標(biāo)準(zhǔn)和歐洲的TACS標(biāo)準(zhǔn)為代表的移動通信系統(tǒng)，它是模擬體制的移動通信技術(shù)。第二代移動通信系統(tǒng)的出現(xiàn)迅速將公眾個人移動通信服務(wù)推進(jìn)了高速發(fā)展的黃金時期。第三代移動通信系統(tǒng)（簡稱3G）向人們描繪的是一個空前眼花繚亂的移動通信服務(wù)世界。

而與此同時，以IEEE802.11a/b/g為代表的WLAN技術(shù)，以及以IEEE802.16為代表的WiMAX下一代寬帶無線接入技術(shù)，甚至還包括以DVB-T、DVB-H為代表的數(shù)字電視地面無線廣播技術(shù)，如此眾多的成熟和即將成熟的無線通信技術(shù)，在不久的將來將共同組成一個高效、靈活和可靠的無線通信網(wǎng)絡(luò)和移動通信網(wǎng)絡(luò)。1.2寬帶無線接入概述1.2.1接入網(wǎng)的定義

接入網(wǎng)（AN）是由業(yè)務(wù)節(jié)點接口（SNI）和相關(guān)用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）之間的一系列傳送實體（例如線路設(shè)施和傳輸設(shè)施）組成的、為傳送電信業(yè)務(wù)提供所需傳送承載能力的實施系統(tǒng)，可經(jīng)由Q3接口進(jìn)行配置和管理。

通常，接入網(wǎng)對用戶信令是透明的，不作解釋和處理。換句話說，接入網(wǎng)就是介于網(wǎng)絡(luò)側(cè)V或參考點Z和用戶側(cè)T或參考點Z之間的所有機線設(shè)施的總和。其重要功能是交叉連接、復(fù)用和傳輸功能，一般不包括交換功能，而且應(yīng)獨立于交換機。

根據(jù)傳輸方式細(xì)分，可以將接入網(wǎng)分為有線接入網(wǎng)和無線接入網(wǎng)兩種方式。其中，按照傳輸介質(zhì)分類，有線接入網(wǎng)可以包括光纖接入網(wǎng)、銅纜接入網(wǎng)和混合光纖/同軸電纜網(wǎng)等；無線接入網(wǎng)可以包括集群通信網(wǎng)、蜂窩移動網(wǎng)、微波通信網(wǎng)和衛(wèi)星通信網(wǎng)等多種形式。對于無線接入網(wǎng)，按照空中接口承載業(yè)務(wù)帶寬的大小，又可以將其分為寬帶無線接入網(wǎng)和窄帶無線接入網(wǎng)。1.2.2寬帶無線接入技術(shù)基本概念和基本特點

在信息通信領(lǐng)域，發(fā)展速度最快，對人們影響最大的兩大技術(shù)就是寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無線移動通信技術(shù)。這兩大技術(shù)的結(jié)合，即為寬帶無線接入技術(shù)。寬帶無線接入技術(shù)指從用戶終端到業(yè)務(wù)交換點之間通信鏈路采用無線鏈路的寬帶接入技術(shù)，它實際上是核心網(wǎng)絡(luò)的無線延伸。

與傳統(tǒng)的有線接入方式相比，寬帶無線接入具有如下特點。（1）覆蓋范圍靈活，單基站（或接入點）的覆蓋范圍通常從幾十米到幾公里數(shù)量級不等，可以使BWA技術(shù)靈活地應(yīng)用于從局域網(wǎng)到城域網(wǎng)的整個區(qū)域。（2）工作頻帶寬，可提供寬帶接入。

（3）啟動資金較小，不需要進(jìn)行大量的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，初期投入少，僅在增加用戶（即有業(yè)務(wù)收入）時才需增加資金投入。（4）提供服務(wù)速度快，無線系統(tǒng)安裝調(diào)試容易。（5）頻率復(fù)用度高，系統(tǒng)容量大。（6）靈活的鏈路自適應(yīng)技術(shù)。（7）MAC層具備調(diào)制機制。（8）動態(tài)帶寬分配能力。（9）安全性。（10）在發(fā)展方面極具靈活性。（11）提供優(yōu)質(zhì)價廉的多種業(yè)務(wù)。（12）運營維護(hù)成本低。1.3寬帶無線接入的技術(shù)分類

寬帶無線接入技術(shù)從覆蓋范圍上可以分為個域無線寬帶接入、局域?qū)拵o線接入、城域?qū)拵o線接入和廣域網(wǎng)寬帶無線接入技術(shù)四類，它們的主要區(qū)別如下。（1）個域網(wǎng)覆蓋范圍從幾厘米到幾米，為不同設(shè)備間提供雙向短程通信，以藍(lán)牙技術(shù)為代表。

（2）局域網(wǎng)覆蓋范圍從幾米到幾百米，可以為一定范圍內(nèi)的用戶提供共享的、無線接入帶寬，WLAN是其代名詞。（3）城域網(wǎng)覆蓋范圍為幾公里數(shù)量級（3km～5km是典型值，點對點鏈路的覆蓋可以高達(dá)幾十公里），可以提供支持QoS能力和一定范圍移動性的共享接入能力，MMDS、LMDS和WiMAX等技術(shù)屬于城域網(wǎng)范疇。

（4）廣域網(wǎng)覆蓋范圍更廣，最主要的是可以支持全球范圍內(nèi)的廣泛的移動性，屬于B3G和4G的范疇，IEEE802.20中的iBurst和FlashOFDM等技術(shù)是該類技術(shù)的前身。從是否支持終端移動性上，寬帶無線接入技術(shù)可以分為移動寬帶無線接入技術(shù)和固定寬帶無線接入技術(shù)。1.3.1移動寬帶接入技術(shù)

根據(jù)ITU-R的M.1034-1建議，無線接入可以分為靜止、步行、典型車速和高速車速四類。移動寬帶無線接入（MBWA）就是能夠為在典型車速和高速車速狀態(tài)下提供無線寬帶接入的系統(tǒng)，即上述分類中的后兩類的系統(tǒng)。與此相反，固定和游牧無線接入要求用戶終端使用的時候保持靜止，也成為便攜性系統(tǒng)。

移動寬帶接入技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)在空中接口部分需要解決的有：在高速數(shù)據(jù)傳輸方面主要有多天線、分集和波束成形技術(shù)、多用戶檢測和干擾抵消技術(shù)、自適應(yīng)調(diào)制等；在高頻傳輸?shù)目煽啃苑矫嬷饕屑m錯編碼（Turbo編碼或LDPC編碼等）、自適應(yīng)編碼、重傳機制；在非對稱的多址接入和雙工方面，由于其存在非對稱性問題，可以考慮的雙工方式主要有頻分雙工和時分雙工兩種模式；業(yè)務(wù)量和QoS的MAC層設(shè)計方面主要有業(yè)務(wù)量設(shè)計與QoS保障的結(jié)合。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議方面需要考慮和解決的問題有：水平/垂直切換和快速IP切換、廣義移動性、服務(wù)質(zhì)量和安全性等。由于移動寬帶接入的技術(shù)特點，它需要在以下方面做出技術(shù)上的折衷考慮：移動性對寬帶、調(diào)制方式對多址接入方式、業(yè)務(wù)量對復(fù)雜性、公平性對服務(wù)質(zhì)量、L3路由對L2路由等。

移動寬帶無線接入技術(shù)主要是指第三代移動通信技術(shù)，如WCDMA、CDMA2000等。這類移動通信技術(shù)支持終端移動性，可以實現(xiàn)終端移動狀態(tài)下的寬帶無線接入，但是在不同移動速度下，接入帶寬可能不同。

以IEEE802.16—2005和IEEE802.20標(biāo)準(zhǔn)為代表；其覆蓋范圍在幾公里以內(nèi)，有移動通信網(wǎng)絡(luò)小區(qū)規(guī)劃特點，其目標(biāo)是提供在120km/h（IEEE802.16e—2005）和250km/h（IEEE802.20）的典型移動速率下的超高帶寬接入，最大限度地滿足用戶未來對高帶寬數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?.3.2固定寬帶接入技術(shù)

固定寬帶無線接入技術(shù)帶寬高，雙向傳輸數(shù)據(jù)，可提供寬帶交互式數(shù)據(jù)及媒體業(yè)務(wù)，克服了傳統(tǒng)的本地環(huán)路的瓶頸，能滿足用戶對高速率數(shù)據(jù)和圖像通信日益增長的需求。在各種接入技術(shù)中，固定寬帶無線接入憑借其組網(wǎng)快速靈活、運營維護(hù)方便及良好的成本競爭力，已迅速成為市場熱點。

尤其對新的電信運營商，能夠以無線技術(shù)快速低成本地建設(shè)自己的接入網(wǎng)，與傳統(tǒng)的電信運營商競爭，這是一個至關(guān)重要的手段，也是迅速切入市場的有效途徑。

固定寬帶無線接入系統(tǒng)的工作頻率在3GHz～40GHz，屬于微波頻段。不同頻段固定無線接入技術(shù)的組網(wǎng)均采用一種類似蜂窩的服務(wù)區(qū)結(jié)構(gòu)，將一個需要提供業(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)基站，基站設(shè)備經(jīng)點到多點無線鏈路與服務(wù)區(qū)內(nèi)的遠(yuǎn)端站通信。固定寬帶無線接入系統(tǒng)一般由三部分組成：中心站（基站）、遠(yuǎn)端站、網(wǎng)管系統(tǒng)。1．中心站

主要匯聚中心站不同扇區(qū)設(shè)備上的業(yè)務(wù)與信令數(shù)據(jù)，實現(xiàn)與核心網(wǎng)絡(luò)相連。2．遠(yuǎn)端站

包括室外單元（含定向天線、射頻單元）和室內(nèi)單元（調(diào)制與解調(diào)單元以及與用戶室內(nèi)設(shè)備相連的業(yè)務(wù)接口單元）。3．網(wǎng)管系統(tǒng)

主要與中心站相連，有帶內(nèi)、帶外和串口連接三種方式。

26GLMDS、3.5GMMDS和5.8G點對多點固定寬帶無線接入系統(tǒng)的組網(wǎng)模式相同，均由中心站、遠(yuǎn)端站和網(wǎng)管這三部分組成。1.4BWA技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r1.4.1傳統(tǒng)BWA技術(shù)1．傳統(tǒng)BWA技術(shù)概況

傳統(tǒng)的BWA（BroadbandWirelessAccess，寬帶無線接入）技術(shù)是指以固定寬帶為技術(shù)特征，空中接口立足于各設(shè)備制造商私有技術(shù)實現(xiàn)的無線接入技術(shù)，主要目的是解決網(wǎng)絡(luò)接入部分帶寬不足和有線接入網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)困難等瓶頸問題，屬于典型的“最后一公里”技術(shù)。2．LMDS技術(shù)概述LMDS（LocalMultipointDistributeService）是點對多點的固定無線通信方式，具有非常高的帶寬和雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c，可提供多種寬帶交互式數(shù)據(jù)及多媒體業(yè)務(wù)，滿足用戶對高速數(shù)據(jù)和圖像通信日益增長的要求。其工作頻率通常為10GHz～43GHz，在26GHz頻段附近可用的頻譜帶寬最大可達(dá)1GHz以上。（1）LMDS的概念（2）LMDS的技術(shù)參數(shù)

不同國家或地區(qū)的電信管理部門分配給LMDS的具體工作頻段及頻帶寬度有所不同，其中大約有80%的國家將27.5GHz～29.5GHz定為LMDS頻段。①工作頻段

我國為滿足寬帶無線接入業(yè)務(wù)發(fā)展的需求，規(guī)劃的LMDS工作頻段和主要技術(shù)參數(shù)暫定為：中心站發(fā)射頻段24.507GHz～25.515GHz；遠(yuǎn)端站發(fā)射頻段25.757GHz～26.765GHz；收發(fā)頻率間隔為1250MHz，基本頻道帶寬為3.5MHz、7MHz、14MHz和28MHz，可根據(jù)具體業(yè)務(wù)需求將基本信道合并使用，傳輸容量≥4×2.048Mbit/s/7MHz。②多址方式

多址方式是指基站設(shè)備正確接收來自本扇區(qū)多個遠(yuǎn)端用戶的信號所采用的方式。

LMDS無線收發(fā)大多選用頻分雙工（FDD），下行鏈路一般通過時分復(fù)用（TDM），將信號向相應(yīng)扇區(qū)廣播，每個用戶終端在特定的頻段內(nèi)接收屬于自己的信號，上行鏈路可通過頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）等多址方式與基站進(jìn)行通信。③調(diào)制方式LMDS系統(tǒng)可采用的調(diào)制方式有相移鍵控PSK（包括BPSK，DQPSK，QPSK）和正交幅度調(diào)制QAM（包括4QAM，16QAM，64QAM），具體應(yīng)用時將根據(jù)實際情況選定。④拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)LMDS系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與局域網(wǎng)類似，可有星形和環(huán)形兩種主要結(jié)構(gòu)形式。（3）LMDS系統(tǒng)的組成圖1-1LMDS系統(tǒng)組成示意圖①基礎(chǔ)骨干網(wǎng)絡(luò)②基站③用戶端設(shè)備（CPE）④網(wǎng)管系統(tǒng)（4）LMDS的主要特點

可提供極高的通信帶寬。蜂窩式的結(jié)構(gòu)配置可覆蓋整個城域范圍。LMDS可提供多種業(yè)務(wù)調(diào)制與編碼方式。（5）LMDS的優(yōu)缺點

與傳統(tǒng)的有線接入或者低頻段無線接入方式相比，LMDS具有以下優(yōu)勢。

①項目啟動快，工程完成快。

②工作頻帶寬，可提供寬帶接入。

③前期投資比較小，后期擴容能力強，投資回收快。④業(yè)務(wù)提供速度快。⑤在用戶發(fā)展方面極具靈活性。⑥可提供質(zhì)優(yōu)價廉的多種業(yè)務(wù)。⑦頻率復(fù)用度高，系統(tǒng)容量大。⑧網(wǎng)絡(luò)運行、維護(hù)費用比較低。

雖然LMDS有以上的優(yōu)點，但是亦存在不同程度的局限性。

①LMDS的致命缺點是在信號傳輸上會有發(fā)射器和接收器之間一條直射的傳輸限制，如果中間有過多的障礙物阻擋信號傳送，就會影響傳輸品質(zhì)。

②LMDS服務(wù)區(qū)覆蓋范圍較小，不適合遠(yuǎn)程用戶使用。③LMDS使用約30GHz的頻段作為傳輸媒介，該頻段屬于Ka頻段，故對于樹木、建筑物等障礙物的穿透能力較弱，而且有嚴(yán)重的雨衰效應(yīng)，通信質(zhì)量受雨、雪等天氣影響較大，只有在與基地臺建立直線傳輸線路時才會有較佳的通信品質(zhì)。

④基站設(shè)備比較復(fù)雜，價格較貴，所以在用戶少時，每個用戶的分?jǐn)偝杀据^高。（6）LMDS的應(yīng)用LMDS屬于無線訪問的一種新形式，可以采用蜂窩式的小區(qū)結(jié)構(gòu)覆蓋整個城域范圍，每個蜂窩站的覆蓋區(qū)為5km～7km。若采用具有更高的發(fā)射功率、更強的接收靈敏度，可增加基站的覆蓋范圍，使覆蓋范圍達(dá)到10km以上。

LMDS覆蓋區(qū)可相互重疊，每個蜂窩的覆蓋區(qū)又可以劃分為多個扇區(qū)，可以根據(jù)需要在該扇區(qū)提供特定業(yè)務(wù)或服務(wù)。

LMDS系統(tǒng)特別適于在城市商貿(mào)區(qū)、技術(shù)開發(fā)區(qū)、寫字樓群、城市居民小區(qū)等高密度用戶地區(qū)使用。LMDS的應(yīng)用場合如下。①企業(yè)應(yīng)用。②住宅用戶。③連接2G和3G。LMDS系統(tǒng)可提供的業(yè)務(wù)如下。①話音業(yè)務(wù)。②數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。③視頻業(yè)務(wù)。3．MMDS技術(shù)概述MMDS技術(shù)其實也是一種無線通信技術(shù)。這種技術(shù)是近些年才發(fā)展起來的通過無線微波傳送有線電視信號的一種新型傳送技術(shù)，這種技術(shù)不但方便安裝調(diào)試，而且由這種技術(shù)組成的系統(tǒng)重量輕、體積小、占地面積少，很適合中小城市或郊區(qū)有線電視覆蓋不到的地方。（1）MMDS技術(shù)的概念

這種技術(shù)是一種通過視距傳輸為基礎(chǔ)的圖像分配傳輸技術(shù)，它的正常工作頻段一般為2.5GHz～3.5GHz，這種技術(shù)不需要安裝太多的屋頂設(shè)備就能覆蓋一大片區(qū)域，因此利用這種技術(shù)人們可以在反射天線周圍50公里范圍內(nèi)將100對路數(shù)字電視信號直接傳送至用戶。一個發(fā)射塔的服務(wù)區(qū)就可以覆蓋一座中型城市，同時控制上行和下行的數(shù)據(jù)流。

現(xiàn)在MMDS使用了傳統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)，但是未來的技術(shù)將是基于VOFDM（VectorOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，矢量頻分正交復(fù)用）的，接收端與反射的信號相結(jié)合，生成一個更強的信號。這種技術(shù)成本低廉，常用于遠(yuǎn)離服務(wù)中心的小型企業(yè)接入網(wǎng)，它有時被稱為WDSL或通稱為寬帶無線技術(shù)。MMDS是一種新的寬帶數(shù)據(jù)接入業(yè)務(wù)，在移動用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接，給移動用戶提供高速無線寬帶接入服務(wù)。圖1-2MMDS系統(tǒng)功能框圖（2）MMDS技術(shù)可以提供的業(yè)務(wù)MMDS技術(shù)可以為用戶提供多種業(yè)務(wù)功能，這包括點對點面向連接的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、點對多點業(yè)務(wù)、點對點無連接型網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。（3）MMDS的發(fā)射與接收MMDS的傳輸發(fā)射方式分單頻點發(fā)射機和寬帶發(fā)射機兩種。①單頻點發(fā)射機特點a．可靠性比較高。如某一路發(fā)射機發(fā)生故障中斷了發(fā)射，不會影響其他路信號的傳輸。

b．傳輸距離較大。覆蓋范圍最大可達(dá)50公里以上。通常傳輸12路電視信號的農(nóng)村有線電視網(wǎng)要覆蓋30公里以上距離都使用此類發(fā)射機。

c．由于它采用獨立發(fā)射機，成本造價較高。

d．發(fā)射機置于室內(nèi)，維護(hù)方便。②寬帶發(fā)射機特點a．結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。

b．覆蓋范圍較小，半徑一般在30公里以內(nèi)。

c．成本低，很受經(jīng)濟不太發(fā)達(dá)地區(qū)用戶的歡迎。

d．可置于室外天線后部，免去建機房及購買饋管和波導(dǎo)的費用。（4）MMDS系統(tǒng)的技術(shù)要求

按照國際通信標(biāo)準(zhǔn)，MMDS頻道配置應(yīng)該與國際接軌，在2

503MHz～2

687MHz頻段內(nèi)，以每頻道8MHz帶寬鄰頻道間隔排列23個電視信道。并在2

684MHz～2

700MHz專用頻段內(nèi)，用于數(shù)據(jù)及話音通信傳輸及雙向傳輸?shù)纳闲谢貍?。?00MHz帶寬內(nèi)，以梳狀方式分成兩個獨立組，A組采用奇數(shù)頻道號，B組采用偶數(shù)頻道號，以隔頻道排列。MMDS系統(tǒng)作為一級供電發(fā)射系統(tǒng)，應(yīng)有兩個獨立電源或自備發(fā)電機，并備有交流穩(wěn)壓電源。

MMDS系統(tǒng)微波站必須可靠接地。

MMDS系統(tǒng)必須有良好的防雷設(shè)施，供電線路和通信線路也必須有防雷措施；雷擊放電時產(chǎn)生巨大的能量，除直接通到地面外，還可通過長傳輸線產(chǎn)生感應(yīng)電進(jìn)入電子設(shè)備。MMDS系統(tǒng)的發(fā)射機與頻道合成器之間的傳輸線應(yīng)盡量短，頻道合成器波導(dǎo)輸出口距離墻面至少0.6m。在使用MMDS系統(tǒng)來接受信號時，大家需要注意的是接收點的選擇，面對發(fā)射臺方向不能有遮擋，要避開通信、雷達(dá)等干擾源。MMDS的主要特點如下。

①MMDS技術(shù)使用了最新的傳送數(shù)字信號的信源編碼與信道編碼技術(shù)，同時在MMDS系統(tǒng)中人們還引入了最新的調(diào)制技術(shù)，這樣會使得數(shù)字信號的頻譜壓縮，從而能大大提高了頻道利用率，最終可以提高通信功率與頻譜的綜合利用。②與傳統(tǒng)的AML、FM微波傳輸方式工作頻段相比，MMDS工作頻段要稍微低一點，而與地面電視廣播VHF、UHF頻段相比，MMDS其繞射能力要弱一點，各種樓層建筑物對其吸收大，反射波弱，不會產(chǎn)生重影。③MMDS無線傳輸網(wǎng)與有線電視光纖網(wǎng)一樣，可采用加/解擾技術(shù)，實現(xiàn)可尋址收費系統(tǒng)合計算機用戶管理系統(tǒng)。

④由于MMDS通信技術(shù)采用數(shù)字濾波與數(shù)字存儲方式，因此人們可用很簡單的方法就能消除伴隨圖像傳輸?shù)脑肼暎瑏砀咝Ц纳茍D像傳輸?shù)男旁氡?。⑤MMDS通信系統(tǒng)采用數(shù)字壓縮發(fā)射機來大大減少模擬發(fā)射機的數(shù)量，而且從建設(shè)的成本來考慮，采用數(shù)字傳輸系統(tǒng)要比采用相應(yīng)的模擬發(fā)射機的成本低好幾倍，這種方式甚至比通信光纜的鋪設(shè)更能節(jié)約投資。4．傳統(tǒng)BWA技術(shù)的發(fā)展

目前，LMDS和MMDS并沒有形成FBWA領(lǐng)域的統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，各個設(shè)備制造商的空中接口協(xié)議沒有實現(xiàn)兼容性和互操作性。因此，產(chǎn)品批量生產(chǎn)能力不高，成本下降較慢，產(chǎn)業(yè)鏈不健全，導(dǎo)致技術(shù)更新和新技術(shù)的引入無法有效進(jìn)行，致使整個行業(yè)的發(fā)展受到了很大的局限。由于標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一造成的成本問題已經(jīng)成為制約寬帶固定無線接入技術(shù)發(fā)展的最大障礙。

整個BWA產(chǎn)業(yè)需要成熟的技術(shù)、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)以及有效的成本降低機制構(gòu)成的良性循環(huán)，為此，許多機構(gòu)開始著手解決這一問題，試圖建立起真正統(tǒng)一的全球性標(biāo)準(zhǔn)。在這樣的背景下，誕生了ETSIHIPERACCESS、ARIBMMAC和IEEE802.16等標(biāo)準(zhǔn)。

到目前為止，發(fā)展較快、已經(jīng)比較完善并且被廣泛接受的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)。與此同時，歐洲的ETSIBRAN項目和日本ARIB的MMAC均在開發(fā)與IEEE802.16相近的寬帶無線接入技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。1.4.2IEEE802.11技術(shù)

無線局域網(wǎng)（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）是固定局域網(wǎng)的一種延伸，指以無線媒體作為傳輸媒介的局域網(wǎng)。

目前國際上無線局域網(wǎng)有三大標(biāo)準(zhǔn)家族，美國IEEE802.11、歐洲ETSI高性能局域網(wǎng)HiperLAN和日本ARIB移動多媒體接入通信MMAC，其中IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)是無線局域網(wǎng)的主流標(biāo)準(zhǔn)。隨著IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的推行，無線局域網(wǎng)的產(chǎn)品越來越豐富，不同產(chǎn)品的兼容性得到加強。

美國電氣和電子工程學(xué)會（IEEE）在制定局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中起了重大作用，IEEE802是主要的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)成為ISO國際標(biāo)準(zhǔn)，IEEE802.11對應(yīng)的ISO標(biāo)準(zhǔn)是ISO/IEC8802-11，定義了無線局域網(wǎng)的MAC層和物理層規(guī)范。IEEE802.11的制定，主要用于解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中用戶與用戶終端的無線接入，業(yè)務(wù)主要局限于數(shù)據(jù)訪問，速度最高只能達(dá)到2Mbit/s。由于它在速率和傳輸距離上都不能滿足人們的需要，因此，IEEE又相繼推出了802.11b和802.11a兩個標(biāo)準(zhǔn)。此后，c～i的標(biāo)準(zhǔn)也在不斷形成和制定之中。IEEE802.11協(xié)議棧如圖1-3所示。圖1-3IEEE802.11協(xié)議棧圖1-4IEEE802.11協(xié)議基本參考模型1．協(xié)議基本參考模型2．IEEE802.11MAC層

由于IEEE802.11網(wǎng)絡(luò)中，多個終端共享同一傳輸媒質(zhì)，所以需要一種MAC協(xié)議來控制各個終端對同一傳輸媒質(zhì)的訪問。

IEEE802.11MAC層采用了與以太網(wǎng)類似的CSMA載波監(jiān)聽多路訪問來控制對傳輸媒質(zhì)的訪問。（1）MAC數(shù)據(jù)服務(wù)（MACDataService）（2）MAC層功能①訪問控制

a．分布訪問協(xié)同功能（DistributedCoordinationFunction，DCF）

b．中心點協(xié)同功能（PointCoordinationFunction，PCF）c．請求發(fā)送/允許發(fā)送（RequestToSend/ClearToSend，RTS/CTS）協(xié)議

d．分段技術(shù)和差錯恢復(fù)機制

e．QoS機制②網(wǎng)絡(luò)連接工作站開機后通過被動或主動掃描方式搜索有無現(xiàn)成的AP可供加入，搜索到后從AP接收服務(wù)組標(biāo)識符（ServiceSetIdentifier，SSID）、時間同步函數(shù)（TimerSynchronizationFunction，TSF）、計數(shù)器的值和物理安裝等參數(shù)。③提供身份驗證和數(shù)據(jù)加密無線局域網(wǎng)中所有工作站共享無線介質(zhì)，由于傳輸介質(zhì)的脆弱性，工作站更容易受到攻擊，主要包括身份假冒、重放攻擊、信息篡改、拒絕服務(wù)攻擊等主動式攻擊和網(wǎng)絡(luò)竊聽、網(wǎng)絡(luò)通信量分析等被動式攻擊，因此安全性需要高度重視。

當(dāng)無須對發(fā)送工作站進(jìn)行身份認(rèn)證時，一般采用開放系統(tǒng)認(rèn)證（OpenSystemAuthentication），通常情況下，無線局域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸需要更高的安全級別，包括IEEE802.11定義的共享密鑰認(rèn)證（SharedKeyAuthentication）在內(nèi)，基于IEEE802.11的局域網(wǎng)主要采用以下幾種安全技術(shù)。a．SSID技術(shù)

b．MAC技術(shù)

c．有線對等加密（WiredEquivalentPrivacy，WEP）技術(shù)

d．無線局域網(wǎng)鑒別與保密基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（WLANAuthenticationandPrivacyInfrastructure，WAPI）

e．用戶認(rèn)證技術(shù)（IEEE802.1x）（3）MAC層幀①MAC幀格式圖1-5MAC幀格式圖1-6MAC幀控制字段格式②MAC幀分類圖1-7管理幀格式a．管理幀圖1-8RTS/CTS幀格式b．控制幀c．?dāng)?shù)據(jù)幀3．802.11物理層IEEE802.11定義了FHSS，DSSS和IR物理層；802.11b對DSSS物理層進(jìn)行了補充，定義了HR/DSSS（HighRate/directsequencespreadspectrum）；802.11a定義了OFDM物理層；802.11g對802.11和802.11b定義的DSSS物理層做了進(jìn)一步擴展，定義了擴展速率物理層（ExtendRatePHY，ERP），并對ERP和非ERP（nonERP）工作站共處等問題做了規(guī)范。（1）物理層服務(wù)原語物理層與MAC層通過12條服務(wù)原語進(jìn)行通信。（2）物理層功能①載波監(jiān)聽②傳送功能③接收功能圖1-9IEEE802.11中FHSS方式的PLCP幀格式（3）PLCP子層幀格式圖1-10IEEE802.11b中DSSS方式的長PLCP幀格式圖1-11IEEE802.11a中OFDM方式的PLCP幀格式（4）PMD子層PMD子層通過服務(wù)原語與PLCP子層通信，通過管理實體原語實現(xiàn)對管理信息庫（ManagementInformationBase，MIB），PMD操作負(fù)責(zé)將PPDU的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)適合發(fā)送的無線信號，主要包括擴頻和調(diào)制功能。①IEEE802.11②IEEE802.11b③IEEE802.11a④IEEE802.11g⑤其他IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)4．無線局域網(wǎng)組網(wǎng)方式

如圖1-12所示，基本服務(wù)集（BasicServiceSet，BSS）是由多個工作站（Station，STA）組成的集合，BSS內(nèi)的工作站可以相互通信并且具有相同的服務(wù)集標(biāo)識符（BSSIdentifier，BSSID）。（1）IEEE802.11提供的服務(wù)圖1-12無線局域網(wǎng)服務(wù)體系架構(gòu)

獨立基本服務(wù)集（IndependentBasicServiceSet，IBSS）是最基本的802.11無線局域網(wǎng)形式，至少包括兩個工作站，沒有中繼功能，工作站之間處于能夠直接通信的物理范圍內(nèi)才能通信。

分布式系統(tǒng)（DistributionSystem，DS）用于連接不同的BSS，分布式系統(tǒng)使用的無線媒介（DistributionSystemMedium，DSM）與BSS使用的媒介（WirelessMedium，WM）邏輯上分開，盡管它們物理上可能會是同一個媒介，例如同一個無線頻段。

接入點（AccessPoint，AP）是特殊的工作站，AP提供分布式系統(tǒng)服務(wù)（DistributionSystemService，DSS）。幾個BSS通過AP連接起來形成擴展服務(wù)集（ExtendedServiceSet，ESS），ESS內(nèi)的工作站對于LLC層是透明的，可以從一個BSS移動另一個BSS。

關(guān)口（Portal）是無線局域網(wǎng)中的一個邏輯節(jié)點，用于802.11無線局域網(wǎng)和非802.11局域網(wǎng)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。在實際中可以將Portal和AP的功能基成到一個設(shè)備中。IEEE802.11定義了9種服務(wù)。①主機服務(wù)（StationService，SS）主機服務(wù)確保主機正確發(fā)送、接收數(shù)據(jù)的能力和數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。包括身份確認(rèn)（Auth8entication）、取消身份確認(rèn)（Deauthentication）、私密性服務(wù)（Privary）和MSDU分發(fā)（MSDUDelivery）4種服務(wù)。②分布式系統(tǒng)服務(wù)（DistributionSystemService，DSS）分布式系統(tǒng)服務(wù)確保MSDU可以在同一個ESS中不同BSS間傳輸。包括關(guān)聯(lián)、取消關(guān)聯(lián)、重新關(guān)聯(lián)、分發(fā)（Distribution）和集成（Integration）5種服務(wù)。（2）無線局域網(wǎng)主要組網(wǎng)設(shè)備①無線客戶端適配器（ClientAdapter）②無線接入點（AccessPoint，AP）③無線網(wǎng)橋④無線路由器（3）無線局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

無線局域網(wǎng)主要包括基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)式（Infrastructure）網(wǎng)絡(luò)和AdHoc網(wǎng)絡(luò)兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如圖1-13所示。圖1-13無線局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)5．無線局域網(wǎng)應(yīng)用①銷售、物流等行業(yè)②服務(wù)行業(yè)③教育行業(yè)④石油行業(yè)（1）行業(yè)應(yīng)用⑤醫(yī)療行業(yè)⑥制造行業(yè)⑦展廳、比賽競技場⑧移動辦公環(huán)境（2）公眾接入

由于無線局域網(wǎng)技術(shù)在數(shù)據(jù)鏈路層以上與局域網(wǎng)完全一致，所以可以利用已有的寬帶有線接入資源，迅速地部署無線局域網(wǎng)，形成無縫覆蓋。無線局域網(wǎng)和固定IP網(wǎng)絡(luò)融合，即通過AP實現(xiàn)用戶的無線接入，接入控制節(jié)點（AccessControl，AC）與AAA服務(wù)器配合可實現(xiàn)多種用戶接入手段以及豐富的計費策略，典型案例如圖1-14所示。圖1-14無線局域網(wǎng)接入固定IP網(wǎng)典型方案圖1-15無線局域網(wǎng)與GPRS捆綁應(yīng)用案例圖1-16無線局域網(wǎng)與3G融合解決方案1．IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)1.4.3IEEE802.16技術(shù)1999年，IEEE-SA成立了IEEE802.16工作組來專門開發(fā)寬帶固定無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.16主要用來解決寬帶接入“最后一公里”的問題。它可作為線纜和DSL的無線擴展技術(shù)，或者用于將802.11a無線接入熱點（Hotpoint）連接到互聯(lián)網(wǎng)，也可將公司與家庭等網(wǎng)絡(luò)連至有線骨干線路，從而真正實現(xiàn)無線與寬帶接入的統(tǒng)一。自從該標(biāo)準(zhǔn)誕生以來，已經(jīng)發(fā)展出802.16a、802.16d和802.16e等一系列標(biāo)準(zhǔn)。2．空中接口特性802.16技術(shù)網(wǎng)絡(luò)由用戶站（SS）、基站（BS）、認(rèn)證和業(yè)務(wù)授權(quán)服務(wù)器（ASA）組成，如圖1-17所示的參考模型中定義了網(wǎng)絡(luò)實體間的各個接口和參考點。圖1-17IEEE802.16邏輯參考模型3．協(xié)議棧模型圖1-18協(xié)議棧模型4．物理層（1）頻段（2）雙工方式（3）載波帶寬（4）調(diào)制方式（5）編碼方式5．媒體接入控制層IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)的MAC層協(xié)議在上行通道分配帶寬時，采用的是一種基于預(yù)留的集中控制方式。

IEEE802.16的MAC層是靠同意/請求協(xié)議來接入媒體的，它可以消除確認(rèn)消息的開銷和延時來支持不同的服務(wù)水平。表1-1 IEEE802.16業(yè)務(wù)特征業(yè)務(wù)類型特點帶寬竊取輪詢UGS固定速率實時業(yè)務(wù)不允許使用PM比特為1來為非UGS連接請求帶寬輪詢rtPS可變速率實時業(yè)務(wù)支持GPSS模式單播nrtPS非周期變長分組非實時業(yè)務(wù)支持GPSS模式允許所有形式的輪詢BE無保障分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)支持GPSS模式允許所有形式的輪詢6．IEEE802.16技術(shù)分類

根據(jù)是否支持移動特性，IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)可以分為固定寬帶無線接入（FixedBroadbandWirelessAccess，F(xiàn)BWA）空中接口標(biāo)準(zhǔn)和移動寬帶無線接入（MobileBroadbandWirelessAccess，MBWA）空中接口標(biāo)準(zhǔn)，其中802.16、802.16a、802.16d屬于FBWA，而802.16e屬于MBWA。1．IEEE802.20技術(shù)概述1.4.4IEEE802.20技術(shù)

移動寬帶無線接入系統(tǒng)最初由IEEE802.16工作組在2002年3月提出；2002年7月，IEEE明確MBWA與IEEE802.16定位于不同的市場應(yīng)用；2002年9月，MBWA執(zhí)行委員會提議成立新的工作組；2002年12月，該提議得到標(biāo)準(zhǔn)，IEEE802.20工作組成立。IEEE802.16和IEEE802.20研究組致力于兩類不同市場目標(biāo)。

在IEEE802.20的項目授權(quán)請求PAR中定義了IEEE802.20標(biāo)準(zhǔn)工作范圍：“空中接口的PHY/MAC層規(guī)范，適用于可互操作的移動寬帶無線接入系統(tǒng)，工作于3.5GHz以下的需授權(quán)頻段，最優(yōu)化IP數(shù)據(jù)傳輸，每用戶峰值速率超過1Mbit/s支持城域范圍內(nèi)高達(dá)250km/h的各種車載移動性，在頻譜效率、可持續(xù)用戶數(shù)據(jù)速率和活動用戶數(shù)等方面比現(xiàn)有移動系統(tǒng)性能有顯著提高?！?．IEEE802.20技術(shù)特性IEEE802.20的主要技術(shù)特性如下：全面支持實時和非實時業(yè)務(wù)，在空中接口中不存在電路域和分組域的區(qū)分；能保持持續(xù)的連通性；頻率統(tǒng)一，可復(fù)用；支持小區(qū)間和扇區(qū)間的無縫切換，以及與其他無線技術(shù)（802.16、802.11等）間的切換；融入了對QoS的支持，與核心網(wǎng)級別的端到端QoS相一致；

支持IPv4和IPv6等具有QoS保證的協(xié)議；支持內(nèi)部狀態(tài)快速轉(zhuǎn)變的多種MAC協(xié)議狀態(tài)；為上下行鏈路快速分配所需資源，并根據(jù)信道環(huán)境的變化自動選擇最優(yōu)的數(shù)據(jù)傳輸速率；提供終端與網(wǎng)絡(luò)間的認(rèn)證機制；與現(xiàn)有的蜂窩移動通信系統(tǒng)可以共存，降低網(wǎng)絡(luò)部署成本；包含各個網(wǎng)絡(luò)間的開放型接口。（1）系統(tǒng)性能指標(biāo)表1-2 802.20系統(tǒng)性能指標(biāo)參數(shù)目標(biāo)值移動性最高達(dá)250km/h頻譜效率>1bit/s/Hz/cell工作頻率<3.5GHz的許可頻段單小區(qū)覆蓋半徑<15km（廣域網(wǎng)）帶寬1.25MHz5MHz用戶峰值速率（下行）1Mbit/s>4Mbit/s用戶峰值速率（上行）>300kbit/s>1.2Mbit/s單小區(qū)峰值速率（下行）>4Mbit/s>16Mbit/s單小區(qū)峰值速率（上行）>800kbit/s>3.2Mbit/s雙工方式FDD和TDDMAC幀往返時延（RTT）<10ms安全模式AES（高級加密標(biāo)準(zhǔn)）表1-3 不同場景下的頻譜效率參數(shù)下行上行移動速率（km/h）31203120頻譜效率（bit/s/Hz/cell）2.01.51.00.75（2）純IP架構(gòu)IEEE802.20秉承了IEEE802協(xié)議族的純IP架構(gòu)。純IP架構(gòu)，與3GPP和3GPP2所提出的全I(xiàn)P概念有所不同——前者是核心網(wǎng)和無線接入網(wǎng)都基于IP傳輸，而后者僅僅實現(xiàn)了核心網(wǎng)的IP化。設(shè)計架構(gòu)的差異使IEEE802.20與其他3G技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)勢。3．IEEE802.20的技術(shù)特點

透明支持實時和非實時業(yè)務(wù)；始終在線連接；廣泛的頻率重用；支持在各種不同技術(shù)間漫游和切換，例如從MBWA切換到WLAN；小區(qū)間和扇區(qū)間無縫切換；支持空中接口的QoS與端到端核心網(wǎng)QoS一致：支持基于策略的QoS保證，支持IPv4和IPv6使能的QoS保證；支持多個MAC協(xié)議狀態(tài)以及狀態(tài)之間的快速轉(zhuǎn)移；對上行鏈路和下行鏈路的快速資源費配；

用戶數(shù)據(jù)速率管理：支持與RF環(huán)境相適應(yīng)得自動選擇最佳用戶速率；空中接口提供消息方式用于相互認(rèn)證；允許與現(xiàn)存蜂窩系統(tǒng)的混合部署；空中接口的任何網(wǎng)絡(luò)實體之間都為開放接口，從而允許服務(wù)提供商和設(shè)備制造商分離實現(xiàn)這些功能實體。盡可能首先考慮采用IETF協(xié)議。1．HSDPA技術(shù)概述1.4.5HSDPA技術(shù)HSDPA（HighSpeedDownlinkPackageAccess，高速下行分組接入）技術(shù)，是3GPP在R5協(xié)議中引入的。

它可以在不改變WCDMA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，大大提高用戶下行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率（理論峰值可達(dá)14.4Mbit/s），極大地改善了WCDMA不支持?jǐn)?shù)據(jù)密集型應(yīng)用的缺陷，是WCDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中提高下行容量和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率的一種重要技術(shù)。2．HSDPA的基本原理（1）共享信道傳輸

在物理層規(guī)范中引入了三種新的物理信道。高速下行鏈路共享信道（HS-DSCH）高速下行共享控制信道（HS-SCCH）高速專用物理控制信道（HS-DPCCH）（2）高階調(diào)制3GPPR99/R4規(guī)范中只規(guī)定了QPSK調(diào)制方式用于下行傳輸。在3GPPR5規(guī)范中，除了QPSK外，HS-DSCH信道還可以使用16QAM調(diào)制方式來提供更高的數(shù)據(jù)速率。與QPSK相比，16QAM調(diào)制可以使空中接口速率提高一倍。（3）更短的時間間隔（TTI）HSDPA的無線幀長為2ms（即TTI）。（4）自適應(yīng)調(diào)制和編碼（AMC）

自適應(yīng)調(diào)制和編碼（AMC）技術(shù)使得NodeB能夠根據(jù)UE反饋的當(dāng)前無線信道狀況及時地調(diào)整調(diào)制方式（QPSK或16QAM）和編碼效率，從而使數(shù)據(jù)傳輸速率與信道狀況相匹配，從而獲得高的小區(qū)吞吐量和頻譜利用率。（5）快速調(diào)度在WCDMAR99/R4中，分組調(diào)度由RNC負(fù)責(zé)。（6）快速混合自動重傳請求

利用快速混合自動重傳請求（FastHybridARQ）性能，NodeB可以自動根據(jù)瞬時信道條件，靈活調(diào)整每次傳輸?shù)挠行Ь幋a效率以及調(diào)制方式，用戶UE可以將每次傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行信息合并（軟合并方式），大大提高了容錯能力。（7）引入MAC層新實體MAC-hsHSDPA在UE和NodeB的MAC層引入了MAC-hs實體，完成相關(guān)調(diào)度、反饋、重傳等功能。3．HSDPA標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展（1）第一階段：基本HSDPA（2）第二階段：增強HSDPA（3）第三階段：引進(jìn)新型空中接口，增加平均數(shù)據(jù)比特率4．HSDPA業(yè)務(wù)模型表1-4 業(yè)務(wù)分類及其特征性能特征QoS分類會話類流媒體類交互類背景類終端緩存要求終端不需緩存終端采用緩存終端不需緩存終端不需緩存抖動要求對抖動的要求很高對抖動的要求較高抖動要求低無要求延時要求延時要求高延時要求高延時要求低無要求上下行速率對比上行速率和下行速率基本對稱下行速率遠(yuǎn)大于上行速率請求-相應(yīng)類型，一般下行速率大于上行速率有些業(yè)務(wù)下行速率大于上行速率，有些基本對稱誤碼率要求可容忍一定的誤碼率可容忍一定的誤碼率對誤碼率要求很高對誤碼率要求很高重傳要求空口不用重傳空口不用重傳空口需要重傳空口需要重傳（1）HSDPA適合業(yè)務(wù)分析①會話類業(yè)務(wù)②流媒體業(yè)務(wù)表1-5 流媒體業(yè)務(wù)QoS需求媒體流應(yīng)用對稱數(shù)據(jù)速率（kbit/s）性能參數(shù)及目標(biāo)值啟動時延/s傳輸抖動時延/s誤碼率（%）音頻高質(zhì)量音樂單向32～128<10<2<1視頻實時視頻單向32～128<10<2<2數(shù)據(jù)靜態(tài)圖像單向-<10--③交互類業(yè)務(wù)④背景類業(yè)務(wù)表1-6 交互類業(yè)務(wù)QoS需求媒體流應(yīng)用對稱數(shù)據(jù)速率（kbit/s）性能參數(shù)及目標(biāo)值啟動時延（s）傳輸抖動時延（s）誤碼率（%）音頻語音消息單向4～13回放<1<1ms<3%FER錄音<2<1%FER視頻Web瀏覽單向-<4/頁不要求-數(shù)據(jù)電子商務(wù)雙向-<4不要求-（2）HSDPA初期業(yè)務(wù)模型表1-7 HSDPA初期業(yè)務(wù)模型示例業(yè)務(wù)類別涵蓋的業(yè)務(wù)3G承載信道單用戶忙時業(yè)務(wù)量/（Erl/kB）本業(yè)務(wù)用戶滲透率（%）忙時平均流量（kbit/s）會話類基本語音DCH0.021000.122可視電話DCH0.001500.032流媒體類音頻流DCH/HS-DSCH2280.001視頻流業(yè)務(wù)DCH/HS-DSCH62550.069交互類KJAVAHS-DSCH1.25200.001PTT/Presence/IMHS-DSCH1100.000移動電子商務(wù)HS-DSCH1.5625200.001WAPHS-DSCH30400.027位置服務(wù)HS-DSCH1.25150.000MMSHS-DSCH6420.006互聯(lián)網(wǎng)瀏覽HS-DSCH70050.078背景類E-mail下載HS-DSCH40100.009第2章WLAN技術(shù)WLAN發(fā)展史2.1WLAN標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)2.2WLAN物理層關(guān)鍵技術(shù)2.3WLANMAC層關(guān)鍵技術(shù)2.4WLAN移動性管理2.5WLAN應(yīng)用場景2.6WLAN技術(shù)現(xiàn)狀及與802.16的比較2.7本章內(nèi)容

WLAN標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)

WLAN物理層關(guān)鍵技術(shù)

WLANMAC層關(guān)鍵技術(shù)

WLAN移動性管理

WLAN應(yīng)用場景

WLAN技術(shù)現(xiàn)狀及與IEEE802.16的比較本章重點

IEEE802.11規(guī)定的WLAN標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)

WLAN關(guān)鍵技術(shù)

WLAN移動性管理學(xué)習(xí)本章目的和要求

了解WLAN的標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)

了解WLAN物理層、MAC層關(guān)鍵技術(shù)

了解WLAN移動性管理中的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)

了解IEEE802.11與IEEE802.16的聯(lián)系與差別2.1WLAN發(fā)展史WLAN是20世紀(jì)90年代計算機與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它使用無線信道來接入網(wǎng)絡(luò)，為通信的移動化、個人化和多媒體應(yīng)用提供了潛在的手段，并成為寬帶接入的有效手段之一。表2-1 WLAN標(biāo)準(zhǔn)體系一覽標(biāo)準(zhǔn)名稱內(nèi)容物理層802.11b工作在2.4GHz，數(shù)據(jù)傳輸速率最高達(dá)11Mbit/s802.11g工作在2.4GHz，數(shù)據(jù)速率最高達(dá)54Mbit/s802.11d定義了一些物理層方面的要求（如信道化、跳頻模式等），以針對802.11設(shè)備在一些國家運用時滿足該國無線電管制要求802.11a工作在5GHz，使用更為先進(jìn)的OFDM調(diào)制方式，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)54Mbit/s802.11h主要是針對歐洲特殊環(huán)境，在802.11a的基礎(chǔ)上可以動態(tài)調(diào)整頻率和RF發(fā)射來減少與其他系統(tǒng)的干擾802.11n使用OFDM技術(shù)使802.11的數(shù)據(jù)傳輸速率超過100Mbit/s802.11j802.11a用于日本的頻段（4.9GHz～5GHz）MAC層802.11e增加QoS特性，支持多媒體業(yè)務(wù)802.11f確定接入點如何交互運作，為解決漫游問題而制定的AP之間的協(xié)議（IAPP）802.11iWLAN的安全規(guī)范，也稱為高級加密標(biāo)準(zhǔn)，是WEP的替代標(biāo)準(zhǔn)802.11k為WLAN應(yīng)如何進(jìn)行信道選擇、漫游服務(wù)和傳輸功率控制提供標(biāo)準(zhǔn)802.11r控制漫游移動終端與候選接入點的通信方式，建立安全聯(lián)系，并預(yù)留QoS資源802.11m維護(hù)，此工作組將對先前的規(guī)范條款進(jìn)行修正802.11s關(guān)于網(wǎng)狀網(wǎng)在802.11中的應(yīng)用其他802.11u研究WLAN與其他網(wǎng)絡(luò)之間（蜂窩網(wǎng)絡(luò)、Wimax等）互聯(lián)問題802.11oVoWLAN802.11qVLAN的支持機制802.11p車載環(huán)境下的無線通信802.11v無線網(wǎng)絡(luò)管理2.2WLAN標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)2.2.1IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)

和其他IEEE802標(biāo)準(zhǔn)一樣，802.11協(xié)議主要工作在ISO協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。任何局域網(wǎng)的應(yīng)用程序、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)或者像TCP/IP、NovellNetware都能夠在802.11協(xié)議上兼容運行，就像它們運行在802.3Ethernet上一樣。1．IEEE802.11協(xié)議參考模型表2-2 IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的邏輯結(jié)構(gòu)圖2-1WLAN的核心結(jié)構(gòu)2．IEEE802.11拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)中，有四種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即獨立基本服務(wù)集（IndependentBasicServiceSet，IBSS）網(wǎng)絡(luò)、基本服務(wù)集（BasicServiceSet，BSS）網(wǎng)絡(luò)、擴展服務(wù)集（ExtendServiceSet，ESS）網(wǎng)絡(luò)和ESS（無線）網(wǎng)絡(luò)。BSS是基本組件，它提供一個覆蓋區(qū)域，使BSS中的站點保持充分的連接。一個站點可以在BSS內(nèi)自由移動，但離開了BSS區(qū)域內(nèi)就不能夠直接與其他站點建立連接了。（1）IBSS網(wǎng)絡(luò)圖2-2一個IBSS網(wǎng)絡(luò)（2）BSS網(wǎng)絡(luò)圖2-3一個BSS網(wǎng)絡(luò)（3）ESS網(wǎng)絡(luò)圖2-4一個ESS網(wǎng)絡(luò)（4）ESS（無線）網(wǎng)絡(luò)3．IEEE802.11服務(wù)（1）站點服務(wù)①認(rèn)證

開放系統(tǒng)認(rèn)證（OpenSystemAuthentication）

共享密鑰認(rèn)證（SharedKeyAuthentication）②不認(rèn)證③加密

接入控制

加密圖2-5WEP加密產(chǎn)生加密文本（2）分布式系統(tǒng)服務(wù)①結(jié)合②分離③分布④集成⑤重新結(jié)合圖2-6接入點的漫游服務(wù)1．HiperLAN/2協(xié)議參考模型2.2.2HiperLAN標(biāo)準(zhǔn)

除了IEEE802.11家族，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會（ETSI）的寬帶無線電接入網(wǎng)絡(luò)（BRAN）也制定出HiperLAN標(biāo)準(zhǔn)作為“寬帶無線接入網(wǎng)”計劃的組成部分，并在歐洲得到了廣泛支持和應(yīng)用。

該系列包含4個標(biāo)準(zhǔn)：HiperLAN/1、HiperLAN/2、HiperLink和HiperAccess。

HiperLAN/1、HiperLAN/2用于高速WLAN接入；HiperLink用于室內(nèi)無線主干系統(tǒng)；HiperAccess則用于室外對有線通信設(shè)施提供固定接入。HiperLAN/2協(xié)議棧結(jié)構(gòu)又包括物理層（PHY）、數(shù)據(jù)鏈路控制層（DLC）和匯聚層（CL）三層協(xié)議。圖2-7HiperLAN/2協(xié)議參考模型2．HiperLAN/2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖2-8典型的HiperLAN/2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?．HiperLAN/2技術(shù)優(yōu)點

較之IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)，HiperLAN/2有如下技術(shù)優(yōu)點。（1）高速數(shù)據(jù)傳輸（2）面向連接（3）QoS支持（4）自動頻率配置（5）安全性（6）移動性（7）省電模式2.3WLAN物理層關(guān)鍵技術(shù)1．物理層結(jié)構(gòu)2.3.1物理層概述（1）物理層管理（PhysicalLayerManagement，PLM）（2）物理層匯聚子層（PHYConvergenceProcedure，PLCP）（3）物理介質(zhì)依賴（PhysicalMediumDependent，PMD）子層2．物理層幀傳送機制圖2-10802.11三種傳輸方式的PLCP幀格式幀傳送機制如下。（1）載波偵聽（2）發(fā)送（3）接收1．?dāng)U頻技術(shù)2.3.2物理層關(guān)鍵技術(shù)

擴頻通信，即擴展頻譜通信（SpreadSpectrumCommunication），它與光纖通信、衛(wèi)星通信，一同被譽為進(jìn)入信息時代的三大高技術(shù)通信傳輸方式。

擴頻通信是將待傳送的信息數(shù)據(jù)被偽隨機編碼，即擴頻序列（SpreadSequence，SS）調(diào)制，使信號所占有的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必需的最小帶寬實現(xiàn)頻譜擴展后再傳輸，頻帶的擴展通過一個獨立的碼序列（SS）來完成，用編碼及調(diào)制的方法來實現(xiàn)的，與所傳信息數(shù)據(jù)無關(guān)，接收端則采用相同的編碼進(jìn)行解調(diào)及相關(guān)處理，恢復(fù)原始信息數(shù)據(jù)。（1）擴頻通信原理圖2-11擴頻通信原理圖（2）擴頻通信的主要優(yōu)點①易于重復(fù)使用頻率，提高了無線頻譜利用率

②抗干擾性強，誤碼率低圖2-12擴頻系統(tǒng)抗寬帶干擾能力示意圖圖2-13擴頻系統(tǒng)抗脈沖干擾能力示意圖③隱蔽性好，對各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小

④抗多徑干擾

⑤可實現(xiàn)碼分多址

⑥能精確地定時和測距（3）直接序列擴頻（DirectSequenceSpreadSpectrum，DSSS）原理圖2-14直接序列擴頻原理圖（4）跳頻（FrequencyHopping，F(xiàn)H）擴頻原理

所謂跳頻，就是用一定碼序列進(jìn)行選擇的多頻率頻移鍵控。也就是說，用擴頻碼序列去進(jìn)行頻移鍵控調(diào)制，使載波頻率不斷地跳變，所以稱為跳頻。圖2-15跳頻原理示意圖2．高速調(diào)制技術(shù)（1）CCK補償碼鍵控CCK調(diào)制是一種高效的直接序列擴頻調(diào)制方式。

圖2-16所示為IEEE802.11中CCK64_QPSK調(diào)制的基本方框圖。圖2-16CCK64_QPSK調(diào)制的基本方框圖CCK擴頻補碼是多相補碼的一種特殊形式，它除了具有較好的互補自相關(guān)特性外，還具有較弱的互相關(guān)特性。（2）分組二進(jìn)制卷積編碼調(diào)制

分組二進(jìn)制卷積編碼調(diào)制（PacketBinaryConvolutionalCode，PBCC）是在1998年3月IEEE的會議上提出來的。圖2-17PBCC發(fā)端框圖圖2-18OFDM的實現(xiàn)框圖（4）MIMOOFDMMIMO技術(shù)能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率。它可以定義為發(fā)送和接受端之間存在多個獨立信道，也就是說天線單元之間存在充分的間隔，因此消除了天線間信號的相關(guān)性，提高信號的鏈路性能增加了數(shù)據(jù)吞吐量。1．IEEE802.11物理層2.3.3IEEE802.11、802.11a/b/g物理層（1）直接序列擴頻物理層（DSSS）①DSSSPLCP子層圖2-19DSSSPLCP子層幀結(jié)構(gòu)②DSSSPMD子層（2）跳頻擴頻物理層（FHSS）①FHSSPLCP子層圖2-20跳頻擴頻PLCP幀結(jié)構(gòu)②FHSSPMD子層（3）紅外線物理層

隨著紅外線產(chǎn)品的逐漸發(fā)展，設(shè)計IEEE802.11局域網(wǎng)時，紅外線物理層應(yīng)該成為可考慮的三種選擇之一。紅外線物理層具有很多優(yōu)點：成本最低；對RF干擾的容忍度最高；傳播距離最短；抗竊聽能力最強；多工作在有頂篷的地方（主要是在室內(nèi)），頂篷作為紅外線信號的反射點；在全世界范圍內(nèi)都沒有頻率限制。①紅外線PLCP子層圖2-21紅外線PLCP子層幀結(jié)構(gòu)②紅外線的PMD子層表2-3 4-PPM調(diào)制數(shù)據(jù)4-PPM符號數(shù)據(jù)4-PPM符號000001110100010010101000表2-4 16-PPM調(diào)制編碼表數(shù)據(jù)16-PPM符號數(shù)據(jù)16-PPM符號000000000000000000011100000000010000000000010000000000000010110100000010000000000011000000000000010011110000010000000000001000000000000010001110000010000000000001100000000000010000101000010000000000000111000000000010000010110010000000000000010100000000010000001001010000000000000001000000000010000000100010000000000000002．IEEE802.11a/b/g物理層IEEE802.11a是OFDM應(yīng)用于WLAN的標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.11a工作在5GHz頻段。利用OFDM作為物理層技術(shù)，可提供6Mbit/s～54Mbit/s的數(shù)據(jù)速率。為了恢復(fù)處于不同衰落環(huán)境的子載波上的信號，它在不同的子載波上采用不同碼率的編碼方式，主要有1/2、2/3、3/4三種碼率。

其中1/2編碼器采用約束長度為7的卷積編碼，其他兩種碼率通過對1/2編碼器進(jìn)行鑿孔獲得。表2-5列出了IEEE802.11a支持的8種模式，為了對比，表中還列出了HiperLAN/2支持的7種模式。表2-5 IEEE802.11a和HiperLAN/2的工作模式調(diào)制方式碼率數(shù)據(jù)速率數(shù)據(jù)比特/OFDM符號兩種標(biāo)準(zhǔn)都有的模式BPSK1/26Mbit/s24BPSK3/49Mbit/s36QPSK1/212Mbit/s48QPSK3/418Mbit/s7216QAM3/436Mbit/s14464QAM3/454Mbit/s216IEEE802.11a獨有的模式16QAM1/224Mbit/s9664QAM2/348Mbit/s192HiperLAN/2獨有的模式16QAM9/1627Mbit/s108表2-6 IEEE802.b支持的四種可變速率數(shù)據(jù)速率（Mbit/s）125.511調(diào)制方式DBPSKDQPSKDQPSKCCKDQPSKCCK碼字長度11位（巴克碼）8位（CCK）8位（CCK）11位（巴克碼）符號速率（Msymbol/s）111.3751.375比特/符號1248Chip速率（Mchip/s）11111111表2-7 IEEE802.11g中的OFDM主要參數(shù)主要參數(shù)主要參數(shù)量數(shù)據(jù)速率6、9、12、18、24、36、48、54Mbit/s調(diào)制方式BPSK、QPSK、16QAM、64QAM編碼速率1/2、2/3、3/4子載波數(shù)52導(dǎo)頻數(shù)4OFDM符號間隔4μs保護(hù)間隔800ns子載波帶寬312.5kHz信道帶寬20MHz表2-8 IEEE802.11g的傳輸模式模式調(diào)制方式編碼速率R比特率/Mbit/s1BPSK1/262BPSK3/493QPSK1/2124QPSK3/418516QAM1/224616QAM3/436764QAM2/348864QAM3/454表2-9 IEEE802.11、IEEE802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)的比較2.4WLANMAC層關(guān)鍵技術(shù)IEEE802.11WLAN的所有工作站和訪問節(jié)點都提供媒體訪問控制（MAC）層服務(wù)，MAC服務(wù)是指同層LLC（邏輯鏈路控制層）在MAC服務(wù)訪問節(jié)點（SAC）之間交換MAC服務(wù)數(shù)據(jù)單元（MSDU）的能力，包括利用共享無線電波或紅外線介質(zhì)進(jìn)行MAC服務(wù)數(shù)據(jù)單元的發(fā)送。WLAN的MAC層提供了一種稱為CSMA/CA（載波偵聽多路訪問/沖突避免）的介質(zhì)訪問機制。2.4.1MAC層幀結(jié)構(gòu)圖2-22IEEE802.11MAC幀結(jié)構(gòu)1．幀控制（framecontrol）2．持續(xù)時間/標(biāo)志（duration/ID）3．地址1，2，3，44．序列控制（sequencecontrol）5．幀體（framebody）6．幀校驗序列（FCS）1．IEEE802.11MAC層技術(shù)規(guī)范2.4.2MAC層關(guān)鍵技術(shù)（1）虛擬載波監(jiān)聽機制（2）幀優(yōu)先級的設(shè)置IEEE802.11中有四種幀間隔，其長度由小到大依次分別是SIFS（Shortinterframespace），PIFS（PCFinterframespace），DIFS（DCFinterframespace），EIFS（Extendedinterframespace）。用這四種幀間隔確定幀發(fā)送優(yōu)先級。圖2-23CSMA/CA基本接入方式（3）隨機退避機制（4）節(jié)能管理2．IEEE802.11MAC層的網(wǎng)絡(luò)工作方式IEEE802.11MAC綜合了兩種工作方式：中心控制（PCF）和分布控制（DCF）。前者支持無競爭型實時業(yè)務(wù)及競爭型非實時業(yè)務(wù)，后者建立在前者工作方式之上并且僅支持競爭型非實時業(yè)務(wù)。（1）分布控制方式（DCF）①CSMA/CA（Carriersensemultipleaccesswithcollisionavoidance）。

發(fā)送方操作

接收方操作

②RTS/CTS消息交換機制。（2）中心控制方式（PCF）圖2-25PCF和DCF共存圖2-26點協(xié)調(diào)器到站點的幀傳輸圖2-27站點之間的幀傳輸

（3）IEEE802.11eMAC層優(yōu)化

（4）IEEE802.11e的EDCF（增強型分布式協(xié)同）和HCF（混合協(xié)同）機制2.5WLAN移動性管理

無線網(wǎng)絡(luò)比有線網(wǎng)絡(luò)面臨更多、更嚴(yán)重的安全威脅。易受竊聽難于檢測易受大功率干擾2.5.1WLAN安全系統(tǒng)

易受插入攻擊“基站”偽裝同時，移動、漫游帶來大量的審計、管理難題，無線信道的高誤碼率也限制了某些加密算法的應(yīng)用。圖2-28無線局域網(wǎng)安全系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖IEEE802.11技術(shù)本身設(shè)置了認(rèn)證和加密功能，但存在較大的安全隱患，下面加以說明。

1．服務(wù)集標(biāo)識符（servicesetidentifier，SSID）

2．物理地址過濾（mediaaccesscontrol，MAC）

3．無線對等保密（wiredequivalentprivacy，WEP）IEEE802.11i對安全機制進(jìn)行了改進(jìn)。1．WPA（Wi-FiProtectedAccess）WPA（Wi-FiProtectedAccess）作為802.11i標(biāo)準(zhǔn)的子集，包含了認(rèn)證、加密和數(shù)據(jù)完整性校驗三個組成部分，是一個完整的安全方案。其核心是802.1x（端口訪問控制技術(shù)）和TKIP（TemporalKeyIntegrityProtocol）。

WPA是一種繼承了WEP基本原理而又解決了WEP缺點的新技術(shù)。2．端口訪問控制技術(shù)（1）請求者系統(tǒng)（2）認(rèn)證系統(tǒng)（3）認(rèn)證服務(wù)器系統(tǒng)圖2-30基于EAP-MD5的802.1x認(rèn)證系統(tǒng)功能實體協(xié)議棧圖2-31基于EAP-MD5的802.1x認(rèn)證流程3．EAP（ExtensibleAuthentication）IEEE802.11i協(xié)議使用了EAP（ExtensibleAuthentication，擴展認(rèn)證協(xié)議）以及802.1x，強迫使用者進(jìn)行驗證以及交互驗證；并且使用了MIC（MessageIntegritCode，信息完整性編碼）檢測傳送的字節(jié)是否有被修改的情況；此外使用TKIP（TemporalKeyIntegrityProtocol）、CCMP（Counter-Mode/CBC-MACProtocol）和WRAP（WirelessRobustAuthenticatedProtocol）三種加密機制，使加密的過程由原來的靜態(tài)變?yōu)閯討B(tài)，讓攻擊者更難以破解。4．RADIUS（RemoteAuthenticationDial-InService）RADIUS（遠(yuǎn)程鑒別撥號用戶服務(wù)）是一項被大部分遠(yuǎn)程訪問、路由器和VPN廠商所采用的用于對遠(yuǎn)程訪問用戶進(jìn)行集中網(wǎng)絡(luò)鑒別的標(biāo)準(zhǔn)化通信協(xié)議。5．AES（AdvancedEncryptionStandard）標(biāo)準(zhǔn)

為了能提供更高級別的加密保護(hù)，802.11i（協(xié)議結(jié)構(gòu)見圖2-32）采用了新的WLAN架構(gòu)，支持新的AES（AdvancedEncryptionStandard）標(biāo)準(zhǔn)。

AES是一種對稱的塊加密技術(shù)，使用128bit分組加密數(shù)據(jù)，提供WEP/TKIP中RC4算法更高的加密性能。2.5.2WLAN漫游與切換（IEEE802.11f）IEEE802.11f即接入點互操作協(xié)議（Inter-AccessPointProtocol，IAPP）的制定目的是改善802.11協(xié)議的切換機制，使用戶能夠在不同的交換分區(qū)間或接入設(shè)備間漫游，使WLAN能夠提供與移動通信同樣的移動性。

在WLAN中STA的移動性管理在不同的移動模式下有各自的處理方法。在WLAN中，STA共有下面三種移動模式。（1）不移動或無轉(zhuǎn)移模式。（2）BSS轉(zhuǎn)移模式。（3）ESS轉(zhuǎn)移模式。1．IAPP提供的服務(wù)（1）IAPP-INlTlATE。（2）IAPP-TERMINATE。（3）IAPP-ADD。（4）IAPP-MOVE。2．IAPP下數(shù)據(jù)鏈路層的切換過程

在WLAN中，通過AP接入有線網(wǎng)絡(luò)的STA，離開該AP的覆蓋范圍，進(jìn)入另一個AP的覆蓋范圍時。