第9章无线城域接入技术.ppt

《第9章无线城域接入技术.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第9章无线城域接入技术.ppt（70页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、2018/9/25,Access Network (2009),1,第9章 无线城域接入技术,引言固定无线接入网概述早期技术LMDSIEEE 802.16 标准概要IEEE 802.16 MAC层IEEE 802.16 物理层,2018/9/25,Access Network (2009),2,引言,BWA技术正在蓬勃发展无线接入不再是有线接入的简单补充IEEE802.16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,2018/9/25,Access Network (2009),3,第9章 无线城域接入技术,引言固定无线接入网概述早期技术LMDSIEEE 8

2、02.16 标准概要IEEE 802.16 MAC层IEEE 802.16 物理层,2018/9/25,Access Network (2009),4,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,2018/9/25,Access Network (2009),5,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户站之

3、间不能直接通信，必须通过基站转发,运营商网络,2018/9/25,Access Network (2009),6,典型的固定无线接入技术,早期技术LMDS (Local Multipoint Distribution Service）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IEEE802.16（重点介绍）,2018/9/25,Access Network (2009),7,第9章

4、无线城域接入技术,引言固定无线接入网概述早期技术LMDSIEEE 802.16 标准概要IEEE 802.16 MAC层IEEE 802.16 物理层,2018/9/25,Access Network (2009),8,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,2018/9/25,Access Network (2009),9,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 10GHz66GHz带宽：1.3GHz，享有“无线光纤”之称覆盖

5、：35km（单基站覆盖半径）多址方式：FDMA、TDMA调制方式：QPSK、16QAM、64QAM通信速率：n64Kbps155Mbps支持业务：话音、数据、视频、多媒体综合业务,2018/9/25,Access Network (2009),10,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,2018/9/25,Access Network (2009),11,LMDS系统结构,系统组成：用户站、基站通过传输网（基础网）连接到LMDS中心局，通过中心局连接到业务网采用蜂窝小区结构，一个小区一个基站基站之间不切换点对多点结构，上行信道多个用户共享信道，需

6、要某种信道访问机制,LMDS中心局,PSTN,Internet,传输骨干网,2018/9/25,Access Network (2009),12,基站,位于蜂窝小区的中央，向用户提供覆盖室内单元：网络接口设备；室外单元：收发信机和天线基站可不划分扇区，也可划分扇区不划分扇区：基站全向天线，用户定向天线划分扇区：基站多个定向天线，各天线覆盖一个扇区，用户定向天线一般采用划分扇区，相邻扇区采用交叉极化方式，频率可重复使用，增加系统容量扇区角度划分：15o、22.5o、30o、45o、60o、90o对应扇区数： 24、 16、 12、 8、 6、 4,2018/9/25,Access Network

7、 (2009),13,（a）单扇区基站 （b）多扇区基站,单扇区基站VS多扇区基站,2018/9/25,Access Network (2009),14,用户站结构示意图,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,天线,收发信机,网络接口单元NIU,2018/9/25,Access Network (2009),15,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,2018/9/25,Access Network (2009),16,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，

8、上行为300MHz提供QoS保证，根据业务QoS，申请并分配带宽双向通信（FDD, Frequency Division Duplex ）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,2018/9/25,Access Network (2009),17,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,2018/9/25,Access Network (2009),18,LMDS系统局限性,频段为1066GHz，各个国家根据情况使用其中的部分频段要求视距传输受雨衰

9、影响大技术实现成本相对较高没有被广泛接受的标准，发展受挫各家产品很难互联互通制约了规模发展为IEEE802.16标准的出台提供了良好的技术准备IEEE802.16借鉴了LMDS的部分基本思想系统结构上下行技术频段,2018/9/25,Access Network (2009),19,第9章 无线城域接入技术,引言固定无线接入网概述早期技术LMDSIEEE 802.16 标准概要IEEE 802.16 MAC层IEEE 802.16 物理层,2018/9/25,Access Network (2009),20,IEEE 802.16 标准概要,概要标准及演进系统结构业务协议模型,2018/9/2

10、5,Access Network (2009),21,概要,IEEE 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：1066GHz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多接入用户共享接入设备、室外型定向天线211GHz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）,2018/9/25,Access Network (2009),22,IEEE802.16 标准概要,概要标准及演进系统结构业务协议模型,2018/9/25,

11、Access Network (2009),23,标准及演进,IEEE 802.16-2001标准第一版，运行在10GHz66GHz的规范MAC、物理层规范MAC采用面向连接机制，提供多种业务QoS需视距传输，同时设备成本也较高IEEE 802.16c-2002对2001版的修订IEEE 802.16a-2003增添：运行在2GHz11GHz的规范可超视距传输，设备成本也较低技术增强：OFDM、OFDMA、 mesh等,2018/9/25,Access Network (2009),24,标准及演进,IEEE 802.16-2004合并了先前三个版本266GHz频段规范现行最新标准IEEE 8

12、02.16e-2005旨在使用户能在802.16基站之间自由切换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,2018/9/25,Access Network (2009),25,IEEE 802.16 标准概要,概要标准及演进系统结构业务协议模型,2018/9/25,Access Network (2009),26,系统结构,两种结构点到多点：PMP网格状：mesh,2018/9/25,Access Network

13、(2009),27,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，BS之间内部链路等通过G接口连接数据终端，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,2018/9/25,Access Network (2009),28,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

14、SS与TE，如以太接口等F接口：连接802.16网络与核心网,2018/9/25,Access Network (2009),29,mesh 结构,mesh 无线网络多跳无线网络结构网络节点功能路由存储与转发,2018/9/25,Access Network (2009),30,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,2018/9/25,Access Network

15、 (2009),31,IEEE 802.16 标准概要,概要标准及演进系统结构业务协议模型,2018/9/25,Access Network (2009),32,补充：QoS需求,QoS重要参数：可靠性、延迟、抖动、带宽（reliability, delay, jitter, bandwidth）,2018/9/25,Access Network (2009),33,补充：业务分类,ATM网络中按照对QoS要求不同，将业务分为4类：Constant bit rate (e.g., telephony)模拟一条物理线路，提供恒定带宽、恒定延时Real-time variable bit rate

16、 (e.g., compressed videoconferencing)Non-real-time variable bit rate (e.g., watching a movie over the Internet)Available bit rate (e.g., file transfer),2018/9/25,Access Network (2009),34,4种业务,主动授权业务UGS (UGS：Unsolicited Grant Service)固定速率，时延敏感业务业务要求：严格的时延和时延抖动，固定带宽如：T1/E1以及没有静默压缩的VoIP等实时轮询业务rtPS (rtP

17、S：Real-time Polling Service)可变速率实时业务业务要求：有一定的时延和时延抖动如：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业务要求：保证最小速率，但对时延和抖动无严格要求如：大型文件传输；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,2018/9/25,Access Network (2009),35,IEEE802.16 标

18、准概要,概要标准及演进系统结构业务协议模型,2018/9/25,Access Network (2009),36,协议参考模型,MAC层：分为3个子层CS：业务汇聚子层Convergence Sublayer MAC公共子层MAC Common Part SublayerPS：加密子层Privacy Sublayer物理层,2018/9/25,Access Network (2009),37,第9章 无线城域接入技术,引言固定无线接入网概述早期技术LMDSIEEE 802.16 标准概要IEEE 802.16 MAC层IEEE 802.16 物理层,2018/9/25,Access Netwo

19、rk (2009),38,IEEE 802.16 MAC层,MAC概述MAC主要特点MAC层要点,2018/9/25,Access Network (2009),39,MAC概述,IEEE802.16 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,2018/9/25,Access Network (2009),40,IEEE802.16 MAC层,MAC概述MAC主要特点MAC层要点,2018/9/25,Acces

20、s Network (2009),41,MAC 主要特点,提供面向连接的服务IEEE802.16 MAC层最显著的特征每个连接基于不同的CID（connection identification）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（burst）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（Packing）多个SDU被封装在一个PDU中传输认证与加密接入认证、数据加密,2018/9/25,

21、Access Network (2009),42,IEEE802.16 MAC层,MAC概述MAC主要特点MAC层要点,2018/9/25,Access Network (2009),43,相关术语,业务流（SF）：一组单向传输的分组，其特征由一组QoS参数描述业务流标识符（SFID）：32bit，标识一类QoS业务，代表不同优先级，是MAC进行带宽分配和调度的重要依据连接标识符（CID）：16bit，用于标识SS和BS之间的MAC连接传送业务数据传送管理信息业务流映射将SF与CID关联，从而保证该业务流的QoS,2018/9/25,Access Network (2009),44,MAC层要

22、点,CS要点功能ATM CSPacket CSMAC CPS要点功能带宽请求与分配接入初始化PS要点,2018/9/25,Access Network (2009),45,CS要点,功能通过CS SAP向不同的高层协议提供服务为网络层建立接口汇聚多种不同的业务设计目标：使得IEEE802.16面向连接的MAC层与ATM和分组协议进行无缝集成两种不同的CSATM CSPacket CS 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）,2018/9/25,Access Network (2009),46,MAC层要点,CS要点功能ATM CSP

23、acket CSMAC CPS要点功能带宽请求与分配接入初始化PS要点,2018/9/25,Access Network (2009),47,ATM CS,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和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,2018/9/25,Access Network (2009),48,MAC层要点,CS要点功能ATM CSPacket CSMAC CPS要点功能带宽请求与分配接入初始化PS要点,2

24、018/9/25,Access Network (2009),49,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建立连接,2018/9/25,Access Network (2009),50,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

25、略：直接丢弃在默认的连接上传输，但不一定满足QoS要求,2018/9/25,Access Network (2009),51,MAC层要点,CS要点功能ATM CSPacket CSMAC CPS要点功能带宽请求与分配接入初始化PS要点,2018/9/25,Access Network (2009),52,MAC CPS功能,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QoS传送高层数据传送管理信息,2018/9/25,Access Network (2009),53,MAC层要点,CS要点功能ATM

26、CSPacket CSMAC CPS要点功能带宽请求与分配接入初始化PS要点,2018/9/25,Access Network (2009),54,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,2018/9/25,Access Network (2009),55,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）

27、单播轮询申请BS定期轮询单播轮询SS，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,2018/9/25,Access Network (2009),56,主动授权业务UGS (UGS：Unsolicited Grant Service)BS分配固定时隙给每一条这种业务类型的连接SS不需申请实时轮询业务rtPS (rtPS：Real-time Polling Service)BS周期性单播轮询SS带宽需求SS只在此时才申请带宽非实时轮询业务

28、nrtPS (nrtPS：Non real-time Polling Service)BS采用长周期或者不定期单播轮询，或者多播、广播轮询SS带宽需求SS可能需要竞争申请（对于多播、广播轮询）尽力而为业务BE (BE：Best Effort)SS基于竞争的独立申请,4种QoS业务带宽分配,2018/9/25,Access Network (2009),57,MAC层要点,CS要点功能ATM CSPacket CSMAC CPS要点功能带宽请求与分配接入初始化PS要点,2018/9/25,Access Network (2009),58,MAC CPS要点,接入与初始化过程扫描下行信道，建立与B

29、S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）。,2018/9/25,Access Network (2009),59,MAC层要点,CS要点功能ATM CSPacket CSMAC CPS要点功能带宽请求与分配接入初始化PS要点,2018/9/25,Access Network (2009),60,PS要点,提供SS与BS之间的私密性

30、 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,2018/9/25,Access Network (2009),61,第9章 无线城域接入技术,引言固定无线接入网概述早期技术LMDSIEEE 802.16 标准概要IEEE 802.16 MAC层IEEE 802.16 物理层,2018/9/25,Access Network (2009),62,IEEE802.16 物理层,物理层概述技术要点共用技术211GHz频段的技术特色,2018/9

31、/25,Access Network (2009),63,物理层概述,2018/9/25,Access Network (2009),64,IEEE802.16 物理层,物理层概述技术要点共用技术211GHz频段的技术特色,2018/9/25,Access Network (2009),65,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）,2018/9/25,Access Network (2009),66

32、,IEEE802.16 物理层,物理层概述技术要点共用技术211GHz频段的技术特色,2018/9/25,Access Network (2009),67,2-11GHz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）,2018/9/25,Access Network (2009),68,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

33、高频谱的利用率IEEE802.16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,2018/9/25,Access Network (2009),69,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 IEEE802.16中使用OFDMA下行采用OFDMABS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OFDMABS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。,2018/9/25,Access Network (2009),70,IEEE802.16 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,