《无线城域接入技术》PPT课件.ppt

《《无线城域接入技术》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《无线城域接入技术》PPT课件.ppt（47页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、1 接入网技术 接入网技术 第 9章 无线城域接入技术 2 接入网技术 教学重点与要求 教学重点 介绍无线固定宽带接入概念、特点 介绍早期技术 LMDS 重点强调无线城域技术 802.16 标准演进、技术特点、接入系统结构、业务、技术要点 要求 掌握无线固定宽带接入概念、特点 了解 LMDS特点及局限性 掌握 802.16接入的系统结构及其特点 理解 802.16的技术要点 3 接入网技术 教学内容 9.1 引言 9.2 固定无线接入网概述 9.3 早期技术 LMDS 9.4 802.16 标准概要 9.5 802.16 MAC层 9.6 802.16 物理层 4 接入网技术 9.1 引言 B

2、WA技术正在蓬勃发展 无线接入不再是有线接入的简单补充 802.16标准的发布 将极大推动无线城域接入的发展 BWA的诸多优势 形成对有线接入技术的竞争 5 接入网技术 9.2 固定无线接入网概述 概念 无线接入：用户终端到网络节点之间的传输设施，部 分或全部采用无线传输 固定无线接入：用户终端位置基本固定的无线接入 特点 用户终端不具备移动性 对某一特定地域的固定用户提供接入 没有越区切换和漫游的功能 工作频率高，在微波波段 提供高的传输容量和多业务 6 接入网技术 9.2 固定无线接入网概述 基本结构 一般采用有中心的结构，中心站称为基站 中心站控制所有用户站的接入，同时接入有线网 所有用

3、户站之间不能直接通信，必须通过基站转发 用 户 终 端 用户 单 元 基 站 运营商 网络 7 接入网技术 9.2 固定无线接入网概述 典型的固定无线接入技术 早期技术 LMDS(Local Multipoint Distribution Service） 号称 “ 无线光纤 ” 覆盖 3-5km,向密集小区或大厦提供高速无线接入 MMDS（ Multichannel Multipoint Distribution Service） 覆盖约 50km,向城郊的 分散用户 提供无线接入 高轨卫星接入 覆盖广阔的地域，为偏远地区的用户提供无线接入 最新技术 802.16（重点介绍） 8 接入网技术

4、 9.3 早期技术 LMDS LMDS系统概要 LMDS系统结构 LMDS技术特点 LMDS系统的局限 9 接入网技术 LMDS系统概要 LMDS： Local Multipoint Distribution Service 本地多点分配业务 采用点到多点微波传输技术 传输频段：微波范围 20GHz 40GHz 带宽： 1.3GHz，享有 “ 无线光纤 ” 之称 覆盖： 3 5km（单基站覆盖半径） 多址方式： FDMA、 TDMA 调制方式： QPSK、 16QAM、 64QAM 通信速率： n 64Kbps 155Mbps 支持业务：话音、数据、视频、多媒体综合业务 10 接入网技术 LM

5、DS系统结构 系统结构：是一种蜂窝通信结构 将提供业务的地区划分为若干服务区 每个服务区内设立基站作为中心站 基站通过点到多点无线链路与区内用户站通信 基站不提供跨服务小区用户的切换 系统组成：用户站、基站 基站位于服务区中央，覆盖服务区用户 基站上联 LMDS中心局、再连接到业务网 点对多点无线链路 上行信道：多用户共享，需要 MAC机制 用户站 基站 LMDS 中心局 PSTN Internet 用户站 基站 传输 骨干网 11 接入网技术 系统结构频率复用 基站的频率复用 作用：提高频率利用率，扩大系统容量 方法：扇区划分、多载波、正交极化 正交极化： 同一载频的正交极化技术可隔离多个载

6、波的相互干扰 可用于同一基站的不同扇区和不同基站的相邻扇区 可大大提供频谱资源利用率 多载波 同一扇区内使用邻频多载波，可大大提高系统容量 基站的扇区数可为： 24、 16、 12、 8、 6、 4 相应的天线覆盖角为： 150、 22.50、 300、 450、 600、 900 12 接入网技术 LMDS系统结构基站覆盖 （ a）单扇区基站 （ b）多扇区基站 13 接入网技术 LMDS系统结构 用户站接入 一个 LMDS用户站可为多个用户终端提供业务 如一幢楼的所有用户终端 用户站设备含：天线、收发信机、网络接口单元 NIU 网络接口单元 收发信机 HUB P BX 用户端设备 中 心

7、站 空中接口 PSTN ATM IP E1 POST 10Base-T ATM 用 户 站 接入示意图 14 接入网技术 LMDS技术特点 集中控制，便于用户接入管理（基站控制） 上下行不对称 下行带宽为 1GHz，上行为 300MHz 提供 QoS保证，根据业务 QoS，申请并分配带宽 双工通信 :FDDTDD 多路访问： TDM/TDMA、 FDM/FDMA 系统容量大：带宽大（ 1.3GHz），提供容量大 可扩容性强： 可增加每个扇区的载波数（最多可容纳 5个载频） 可增加扇区的数量，最多可划分 24个扇区 15 接入网技术 中国的 LMDS技术 系统技术标准制定单位：信息产业部 接入网

8、技术要求： 26GHz本地多点分配系统 (LMDS) 频率分配 无线电管理委员会： 2001652号 关于发布 26GHz频段 FDD方式本地多点分配业务 （ LMDS）频率规划的通知 下行频率： 24.507 25.515GHz，带宽 1.008GHz 上行频率： 25.757 26.765GHz，带宽 1.008GHz 信道带宽： 28MHz、 14MHz、 7MHz、 3.5MHz FDD双工间隔： 1.250GHz 16 接入网技术 LMDS系统局限性 频段为 20 40GHz，各个国家根据情况制定 要求视距传输 受雨衰影响大 技术实现成本相对较高 没有被广泛接受的标准，发展受挫 各家

9、产品很难互联互通 制约了规模发展 为 802.16标准的出台提供了良好的技术准备 802.16借鉴了 LMDS的部分基本思想 系统结构、上下行技术、频段 17 接入网技术 9.4 802.16 标准概要 9.4.1 概要 9.4.2 标准及演进 9.4.3 系统结构 9.4.4 业务 9.4.5 协议模型 18 接入网技术 9.4.1 概要 802.16工作组成立于 1999年 负责开发宽带无线城域接入规范 以固定城域接入为主 旨在提供电信级的服务和 QoS保证 目前最新版本： 802.16-2004 规范主要内容： 10 66GHz频段 MAC层和物理层 旨在为集团用户提供固定无线城域接入

10、多接入用户共享接入设备、室外型定向天线 2 11GHz频段 MAC层和物理层 希望能支持个人用户和游牧用户的接入 希望个人用户独享接入设备（手持设备） 19 接入网技术 9.4.2 标准及演进 802.16-2001和 802.16c-2002 802.16-2001 ： 10GHz 66GHz规范 802.16c-2002：对 802.16-2001修订 需视距传输，设备成本相对较高 802.16a-2003 2GHz 11GHz规范 超视距传输，设备成本相对较低 规范了新的物理层 新增技术 OFDM、 OFDMA、 mesh技术等 20 接入网技术 9.4.2 标准及演进 802.16-2

11、004 合并了先前的版本 2 66GHz频段规范 现行最新标准 802.16e（制定中） 旨在使用户能在 802.16基站之间自由切换 WiMAX WiMAX（ World Interoperability for Microwave Access，全球微波接入互操作性 推动 802.16标准的制定 对不同厂商的芯片和设备进行标准化认证 帮助推动与保证设备的兼容性和互操作性 21 接入网技术 9.4.3 系统结构 两种结构 点到多点： PMP 网格状： mesh 22 接入网技术 PMP结构 组成 一个或多个基站 BS、可选的中继站 RS，多个用户站 SS，内部链路等 通过 G接口连接数据终端

12、， F接口连接核心网络 一个基站控制多个用户站 用户站只能直接与基站（或中继站）通信 用户站之间的通信必须经过基站转发 下行： BS是唯一的发送者 上行： 多个 SS共享信道， 需要 MAC协议 单跳无线网络 23 接入网技术 PMP结构 基站 BS 蜂窝结构、一个或多个扇区 一个 802.16系统可有多个 BS（扩大范围） 用户站 SS 用户侧接入设备，可由多个用户终端共享 多个 SS共享到 BS的无线信道 中继站 RS 可选，目的是扩大覆盖范围 接口 G接口：连接 SS与 TE，如以太接口等 F接口：连接 802.16网络与核心网 24 接入网技术 mesh 结构 mesh 无线网络 多跳

13、无线网络结构 网络节点功能 路由 存储与转发 25 接入网技术 802.16 mesh 结构 各 SS之间有直接通信的无线接口 SS具有中继 /转发功能 SS之间通过无线链路形成 mesh结构 接入范围明显增大，尽量避免接入孤点 但 802.16并没有就 如何实现 mesh进行 规范 无线 mesh是目前研 究热点 802.16留有 mesh接 口，为今后发展打下 了基础 26 接入网技术 9.4.4 业务 主动授权业务 UGS UGS： Unsolicited Grant Service 固定速率，时延敏感业务 如： T1/E1以及没有静默压缩的 VoIP等。 实时轮询业务 rtPS rtP

14、S： Real-time Polling Service 可变速率实时业务 如： MPEG视频业务 非实时轮询业务 nrtPS nrtPS： Non real-time Polling Service 非周期变长分组的非实时数据流 如，有保证最小速率要求的 Internet接入 尽力而为业务 BE BE： Best Effort 非实时、无任何速率和时延抖动要求的分组数据业务 如 E-mail和短信等，不要求提供吞吐量和时延保证。 27 接入网技术 9.4.5 协议参考模型 MAC层 业务汇聚子层 CS(Convergence Sublayer ) MAC公共子层（ MAC Command P

15、art Sublayer） 加密子层 PS（ Privacy Sublayer ） 物理层 PHY 业务会聚子层 MAC公共子层 加密子层 物理层 高层 802.16 协议的范围 MAC CS SAP MAC SAP PHY SAP 28 接入网技术 9.5 802.16 MAC层 9.5.1 MAC概述 9.5.2 MAC主要特点 9.5.3 MAC层要点 9.5.3.1 CS要点 9.5.3.2 MAC CPS要点 9.5.3.3 PS要点 29 接入网技术 9.5.1 MAC概述 802.16 的宗旨是提供电信级的服务和 QoS保证 MAC协议十分精巧且复杂 采用面向连接的协议保证可靠性

16、 针对不同业务采用不同的带宽分配方式， 保证 QoS 采用接入认证和数据加密保证安全性 MAC层功能通过三个子层协同实现 CS、 MAC CPS 、 PS 30 接入网技术 9.5.2 MAC 主要特点 提供面向连接的服务 802.16 MAC层最显著的特征 多种带宽分配机制 非申请授予 无竞争申请授予（单播轮询方式） 竞争申请授予（组播 /广播轮询方式） 冲突分解 当竞争申请带宽冲突时，采用截断二进制指数退避 支持 PDU猝发 一次连续发送多个 MAC PDU 支持 SDU分段 /重装 发送方，将一个 SDU分成多个小段，由多个 PDU传送 接收方，重装 SDU 支持 SDU拼装 多个 SD

17、U被封装在一个 PDU中传输 认证与加密 接入认证、数据加密 31 接入网技术 9.5.3 MAC 层要点 9.5.3.1 CS要点 功能 ATM CS Packet CS 9.5.3.2 MAC CPS要点 功能 带宽请求与分配 接入初始化 9.5.3.3 PS要点 32 接入网技术 9.5.3.1 CS要点 功能 通过 CS SAP向不同的高层协议提供服务 汇聚多种不同的业务 针对不同的高层业务流进行分类和映射 根据业务流及相应的 QoS要求，将其映射到不 同的 CID（连接标识符） 两种不同的 CS ATM CS Packet CS 33 接入网技术 9.5.3.1 CS要点 ATM C

18、S 承载高层数据为 ATM信元 主要功能 将 ATM信元头部中的虚电路标识映射为相应 的连接标识符 CID（ 16位） 对于 VP交换，将 VPI映射为一个 CID 对于 VC交换，将 VPI/VCI映射为一个 CID 映射的同时，隐含业务的 QoS参数。目的是 使 MAC CPS根据 CID建立连接 34 接入网技术 9.5.3.1 CS要点 Packet CS 承载高层数据为可变长分组 Ethernet 帧、 PPP帧 主要功能 将不同的高层分组业务进行分类 将不同的高层分组业务映射为相应的连接标 识符 CID 映射的同时，隐含业务的 QoS参数。目的是 使 MAC CPS根据 CID建立

19、连接 35 接入网技术 9.5.3.1 CS要点 Packet CS 业务流分类与映射 每个高层数据（ SDU）首 先进入分类器进行匹配 每个业务流对应一个 SFID 每个 SFID对应匹配一个 CID 符合匹配关系的业务流， MAC CPS将按匹配的 CID建立连接， 保证 QoS 不符合匹配关系的业务流，可选两 种处理策略： 直接丢弃 在默认的连接上传输，但不一定 满足 QoS要求 36 接入网技术 9.5.3.2 MAC CPS要点 MAC CPS是 MAC层的核心 主要功能包括： 建立 /维持 /拆除连接 接入控制 带宽分配与管理 动态业务流管理 在特定的 MAC连接上传输信息，并保证

20、 QoS 传送高层数据 传送管理信息 37 接入网技术 9.5.3.2 MAC CPS要点 带宽分配与管理 带宽申请由 SS向 BS发起 带宽分配与管理由 BS集中控制 带宽申请与分配与业务紧密相关 带宽申请策略 总带宽申请和增量带宽申请相结合 单独带宽申请和捎带申请相结合 捎带申请只能是申请增量带宽 带宽分配策略 直接分配（预留，无需申请） 先申请后分配 38 接入网技术 9.5.3.2 MAC CPS要点 带宽分配与管理 带宽分配：非申请授予和申请授予 非申请授予 适用于恒速率时延敏感型业务，不需申请带宽，直接 授予（带宽预留） 申请授予（轮询申请） 单播轮询申请 BS定期轮询单播轮询 S

21、S， SS在应答中申请带宽 一种无竞争的申请方式 适用于可变速率时延敏感型业务 组播 /广播轮询申请 BS对一组或全体 SS轮询， SS在指定时隙竞争申请带宽 一种有竞争的申请方式，可能碰撞 适用于时延不敏感的分组数据业务额 39 接入网技术 9.5.3.2 MAC CPS要点 接入与初始化过程 扫描下行信道，建立与 BS 的同步 从 BS广播信息中获取上行 信道参数 测距 基本能力协商 SS接入准许，并交换密钥 注册 建立 IP连接（连通性） 建立日期 /时间 传送运行参数 连接预连接 初始化完毕： SS已锁定上行和下行信道 获得了预指派的所有业务 流的 SFID、 QoS参数描述 以及对应

22、的 CID 获得了用于发送和接收管 理信息的 CID（注意上下行 是分开的）。 40 接入网技术 9.5.3.3 PS要点 提供 SS与 BS之间的私密性 包括： 加密封装协议 负责空中传输的分组数据的加密 只针对 MAC PDU中的负荷部分加密 MAC头部及管理信息均不加密 密钥管理协议 (PKM) 负责 BS到 SS之间密钥的安全分发、密钥数据的同步 以及业务接入的鉴权 41 接入网技术 9.6 802.16 物理层 9.6.1 物理层概述 9.6.2 技术要点 共用技术 2 11GHz频段的技术特色 42 接入网技术 9.6.1 物理层概述 类别 频段 特点 WirelessMAN-SC

23、 10-66GHz 许可频段 单载波调制，视距传输， FDD和 TDD双工， 上行： TDMA+DAMA WirelessMAN-SCa 11GHz 许可频段 单载波调制，非视距传输， FDD和 TDD双 工，上行： TDMA+DAMA；可选自适应天 线系统（ AAS）、 ARQ和空时编码（ STC） 等 WirelessMAN- OFDM 11GHz 许可频段 256个子载波的 OFDM调制，非视距传输， FDD和 TDD双工，可选 AAS、 ARQ、 Mesh模式和 STC等 WirelessMAN- OFDMA 11GHz 许可频段 2048个子载波的 OFDM调制，非视距传输， FDD

24、和 TDD双工，可选支持 AAS、 ARQ和 STC WirelessHUMAN 11GHz 免照频段 可采用 SCa或 OFDM或 OFDMA调制，双工 TDD，必须支持动态频率选择（ DFS）， 可选支持 AAS、 ARQ、 Mesh和 STC等 43 接入网技术 9.6.2 物理层技术要点 共性技术 双工技术 FDD和 TDD 两种双工方式都采用定时长帧，猝发方式 可选的时长： 0.5ms/1.0ms/1.5ms 信号处理技术 随机化处理 FEC 编码 然后进行调制 QPSK或 16QAM或 64QAM（可选） OFDM（ DFDM和 OFDMA物理层） 44 接入网技术 9.6.2 物

25、理层技术要点 2-11GHz技术特色 OFDM和 OFDMA技术 AAS（ adaptive antenna system，天线自适应 系统）（略） STC（ space time coding，空时编码）（略） 45 接入网技术 2-11GHz技术特色 OFDM OFDM：正交频分复用 一种高效的多载波调制技术 基本思想 将频带划分成多个子载波，每个子载波单独调制 特别之处 相邻子载波正交，因此不同子载波可使用相同的频率 不仅抗干扰能力强，还大大提高频谱的利用率 802.16中使用 OFDM技术 每个子载波可根据情况采用不同的调制方式 BPSK、 QPSK、 16QAM或 64QAM 一个

26、OFDM符号采用多少子载波，哪个子载波采用 何种调制方式由 BS向 SS广播 46 接入网技术 2-11GHz技术特色 OFDMA OFDMA：正交频分多址 采用 OFDM调制技术 基本思想 OFDM子载波按某种规则划分子集 也称子信道（ subchannel） 每个子集由多个子载波组成 802.16中使用 OFDMA 下行采用 OFDMA BS可以有意识地指定不同的子信道用于不同组的 SS 上行采用 OFDMA BS可以给一个 SS指派一个或多个子信道 给多个 SS指派同一个子信道，彼此再采用 TDMA共享该子 信道。 47 接入网技术 9.7 802.16 的应用 可能的应用形式 智能大厦固定用户的无线宽带接入 大厦固定用户通过以太网互连共享用户站 密集小区楼栋用户的无线宽带接入 楼栋用户通过以太网互连共享用户站 游牧用户的无线宽带接入 便携机在一个 BS覆盖范围的慢移动接入