無線寬帶接入技術論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ......................................................... 66 1 前言 在此我對無線寬帶網的研究是為了對無線寬帶接入技術有更深的了解和認識，研究主要針對無線局域網技術 ,WIMAX, 接口和新的無線接入技術。在此前以后人們對其進行過研究，但在此我將借鑒前人的的研究，對其進行一次更加升入全面的分析。在此研究之中我們將認識到更多有關于無線寬帶的知識，對其有更為深刻的了解，希望以此使得大家更加關注無線寬帶網技術，使其在未來通信行業之中獲得更多重視。因為其技術日益的成熟，將會逐步改變我們的生活，給我們帶來更多方便和驚喜。 2 第 1 章 寬帶無線接入技術概述 基本概念 接入網概念 從電信角度：全網分為：公眾網和用戶駐 地網（ cpn）。其中公眾網又可以分為長途網 ,中繼網 ,接入網，長途網和中繼網組成為核心網。 接入網：業務節點接口（ SNI） ,用戶網絡接口（ UNI） ,傳送實體（線路和傳輸設施）所組成的實施系統，用 Q3 接口進行配置。從市話端局（本地交換機）至用戶終端之間的部分屬于接入網 [1]。 接入網分為：有線和無線。其中有線接入網中有：光纖接入網 ,銅纜接入網 ,混合光纖 /同軸電纜網。無線接入網有：集群通信網 ,蜂窩移動網 ,微波通信網 ,衛星通信網 ,。 寬帶無線（ BWA） 交換節點到用戶終端采用無線技術。 1．覆蓋：單基站： 幾十米到幾千米，應用于局域網到城域網。 2．應用頻率： 2GHZ~幾十 GHZ。 3．頻譜利用率高：采用 OFDM/OFDMA 技術。 4．靈活的鏈路自適應技術 。 5． MAC 層具備調度機制。 6．動態寬帶分配能力。 7． 安全性。 8．承載業務正從話音及數據兼顧的業務向純數據業務轉。 9．應用模式從固定向移動方向轉。 分類 1．按照覆蓋區域劃分：個域網 ,局域網 ,城域網 ,廣域網 , 2．針對電信運營商應用需求進行劃分： WLAN（無線局域網）， FBWA（固定無線接入）， MBWA（移動無線接入） 3 BWA 傳統 屬 于“最后一公里”技術：高頻段的 LMDS,低頻段的 MMDS。 LMDS（本地多點系統）： 26GHZ,28GHZ,36GHZ 和 38GHZ。特點在于帶寬大，覆蓋在 5km 以內，適于商務熱點。 第二代 LMDS 工作原理：通過基站式扇形區域將 ATM 骨干網基帶信號調制為射頻信號發射。在覆蓋區內的許多用戶終端設備將接收并把射頻信號還原為ATM 信號，實現數據雙向對稱高寬帶無線傳輸。 LMDS 系統結構： 優點：提供 35~58Mbps 下行，而商用戶高達 ~，成本低 ,項目啟動快 ,建設周期短 ,維護成本低。 面臨問題： 1． 政策方面：運營商和廠商的每一實施步驟都必須得到政府許可。例如頻率申請和實驗網建設。 2． 技術方面：沒有統一的接口和協議標準，視距傳輸受雨率效應明顯。 MMDS（多點多信道）：占用 ,，受氣候影響小。范圍在 10km 上 ,帶寬小 ,適用于中小企業和 SOHO 用戶。可以提供INTERET 接入，本地用戶數據交換，話音業務和 VOD 視頻點播。 MMDS 下行頻率寬度為 2~6MHz，采用 TDM 方式，上行一般為 TDMA 方式。頻帶寬度數百 KHz，最大 MHz，采用介 質訪問控制協議（ MAC），有效管理無線資源，但是 2~5GHz 頻率段緊張。 缺點：局限性：帶寬有限，僅 200MHz。信道不足，限制 MMDS 在大型商業區應用且大范圍也容易引起小區間干擾，而 無線技術屬于 MMDS。 傳統 BWA 技術發展 由于 LMDS 和 MMDS 并沒有形成 FBWA 領域的統一技術標準，所以要想使 BWA發展下去，就需要成熟技術 ,統一標準 ,以及有效成本降低機制構成的良性循環，到目前為止，發展較好，廣泛接受的為 IEEE 的 標準。 :既考慮了 LMDS 系統的兼容，又考慮了 LMDS 技術發展。其大力推廣 FBWA 發展。 標準為點對多點（ PMP）寬帶固定無線接入系統的權威規范，最初為 10~66GHz 規范，之后又對 2~11GHz 頻段進行了規范。 4 BWA 是各種無線通信領域新技術和各類計算機領域齊心合力，發揮新思路智慧的“結晶”。是 IT 與 CT 技術的融合5 第 2 章 WLAN 技術 無線局域網特點 WLAN：是計算機網絡與無線通信技術的結合產物 ,特點： 1. 安裝便捷 2. 移動性好：支持室外 300m，辦公環境 10~100m。 3. 易擴展性：每個 AP 支持 100 多個用戶。 4. 可靠性：使用以 太網類似的連接協議和數據包確認。 無線局域網體系 其中 ：工作于 ，物理層采用紅外， DSSS（直接序列擴頻） 或 FSSS（跳頻擴頻）技術，共享速率高達 2Mbps。主要解決辦公室局域網和校園網中用戶端的無線接入問題 [1]。 ：工作在 5GHz 頻段上，使用 OFDM 調制技術，可支持 54Mbps 速 率傳輸。優點在于傳速高 ,干擾小。 缺點：價格高， 是 協議的擴展，可支持高達 11Mbps速率，在 頻段上，采用調制技術 CCK。 優點：價格低，速率低。 ：定義了一些物理層方面要求，以適應 設備在國家無線電管制上的要求。 是 MAC 層標準的基礎，在此基礎上為了滿足在安全性和 QOS 等方面的進一步要求，相繼提出了 , 和 等標準。 增強了 層，為 WLAN 應用提供了 QOS 支持能力。, , 對物理層的改 進結合，使得 系統能讓 WLAN 支持語音和視頻應用。 ：定義了一套稱為 IAPP 協議，以實現不同供應商的接入點間的互操作性。 ：為新的物理 OFDM 調制技術，速率提高到 20Mbps 以上，與6 系統互通，共存一個 AP 網絡里，保障了后向兼容性，使原有 WLAN系統向高速 WLAN 過渡，延長了 的壽命，降低了投資。 ：在 a 的基礎上增加了動態頻率選擇（ DFS）和發送功率控制（ TPC）功能。 和 ： 是 IEEE802 系列 LAN的整體安全體系架構，包括認證（ EAP 和 Radius）和密鑰管理功能， 則是對 MAC 層在安全性方面增強，與 一起，為 WLAN 提供認證和安全機制。 ：為適應在 5GHz 以上應用不同而制定的標準，在 ~之間，歐洲允許 200mw 功率，日本僅允許 160mw。 ：為 WLAN 應該如何進行信道選擇，漫游服務和傳輸功率控制提供了標準。在 WLAN 中 ，每個設備通常會連接到提供信號最強的接入點，這樣會導致其他接入點利用率低，對一個接入點利用過度，為此用 來規范。 ：對 家族規范進行維護，修改，改進，以及解釋。 ：為新的高速無線局域網標準，其將 的速度從56Mbps 提升到 108Mbps 以上，最高可達 320Mbps，共采用雙頻工作模式（ 和 5GHz），保障了 , , 標準的兼容，還用MIMO 與 OFDM 技術相結合，使速率成倍提升，另外采用智能無線技術極高性能的傳輸技術，使傳輸距離大大加長，可達到幾千米（并保證 100Mbps 的傳輸速率），其全面改進 標準從物理層標準，采用新的高性能天線傳輸技術，優化數據結構，提高網絡吞吐性能。 ：針對 VoWLAN 制定，實現更快的無限跨區切換，以及讀取語音比數據有更高的傳輸優先權。 ：針對汽車通信的特殊環境而制定的。 ：通過將虛擬 LAN 映像到無線網絡上，實現 WLAN 上對 VLAN的支持。 ：立足進行 FBT（快速切換）的研究，目的是為了研究實現支持時延敏感業務的快速切換技術。 ：建立在 a， b， g， i 上，兼容這些標準的同時具有“自動發現”7 和“自愈”功能。 ：定義了測試 WLAN 的量度和方法。 ：定義了 WLAN 與其他網絡的交互性，讓更多產品將兼具 WiFi與其他無線協議。 ：在 k 的基礎上，進一步向運營商增強由 WLAN 提供的服務。 其他標準： FliperLAN1/HiperLAN2， MMAC 標準。 為了推動 3G 和 WLAN 兩種技術的協議發展，目前重點研究如何利用 3G 網絡能力，向 WLAN 系統提供用戶接入認證和計費業務。 的體系結構 無線局域網由端站（ STA），接入點（ AP） ，接入控制器（ AC） ， AAA 服務器以及網元管理單元組成。 圖 21 無線局域網參考模型 接口定義： WA 接口：空中接口。 WB接口：為邏輯接口，可以不對應具體的物理接口。 WT 接口：為邏輯接口，可以不對應具體的物理接口。 WU接口：公眾無 線局域網（ PWLAN）和 Inter 之間的接口。 WS接口：為邏輯接口，可以不對應具體的物理接口。 WP接口： AC 與 Portal 服務器之間接口，也為為邏輯接口，可以不對應具體的物理接口。 WM 接口： PWLAN 與網元管理單元之間的接口，該接口為為邏輯接口，可以不對應具體的物理接口。 網絡單元功能： STA：無線網絡中的終端，可以通過不同接口接入計算機終端。也可以是非計算機終端上的嵌入式設備。 AP：通過無線鏈路和 STA 通信， AP 上行方向通過 WB接口采用有線方式與 ACSTA AP AC 網元管理單元 AAA 服務器 IP 城域網 Portal 服務器 WT WA WM WP WU WS WB 8 連接。 AC：在無線局域網和外部網之間充 當網關功能。 AAA 服務器具備認證，授權和計費（ AAA）功能。 Portal 服務器負責完成 PWLAN 用戶門戶網站的推送，為必選網絡單元。 接口要求： ：（ 1）物理層： 下，可用帶寬 ，劃分為 13 個信道，每個信道帶寬 22MHz。 物理層具體要求： 下空中接口必須符合 和 /或 規定。 的 WLAN 設備必須支持 DSSS 方式，不應采用 FHSS（跳頻擴頻）方式。 的設備，必須兼 容 的設備。 下： (1)信道劃分：可用帶寬 125MHz，分為 5 個信道，每個信道帶寬為 20MHz。信道中心頻率為： 5000+5*n（ MHz） ，其中 n=149， 153， 157， 161， 165。 (2)物理層要求： 空中接口符合 的規定。 采用 OFDM調制方式，設備支持 8 種速率等級： 54， 48， 36， 24， 18， 12， 6Mbps，系統使用 52 個子載波，可以采用 BPSK， QPSK， 16QAM 和 64QAM 調制方式，卷及編碼速率為 1/2,2/3,3/4。 (3)MAC 層要求： ○ 1 必須符合 規定。 ○ 2 支持分布式協調功能（ DCF）。 ○ 3 支持點協調功能（ PCF）。 ○ 4 支持虛擬載波偵聽機制。 ○ 5 支持節電模式和激活模式，并能相互轉換。 ○ 6 支持 MSDU 和 MMPDU 的分段和重組功能。 ○ 7 支持基于 SSID 和 WEP 加密的安全服 務。 9 B： MAC 幀幀結構 （ 1）幀控制域（ Frame control）：由多個子域構成，每個子域對應不同的比特數。 協議版本（ Protocol Version）： 2 比特， MAC 協議的版本號，類型（ TYPE）：2 比特，標識了幀的類型，包含管理幀，數據幀和控制幀。 子類型（ Subtype）： 4 比特，和類型域共同標識了特定幀的類型。 To DS： 1 比特，在所有發送 DS 給數據幀中，該域置 1， 其他幀中置為 0. From DS： 1 比特，在所有 DS 發送的數據幀中，該域置 1，其他幀中置為 0. 更多分段（ More Fragment）： 1 比特，標識該幀之后是否有當前 MSDU 或 MMPDU的分段。 重傳（ Retry）： 1 比特，標識該幀是否為重傳幀。 功率管理（ Power Management）： 1 比特，標識 STA 的功率管理狀態。 更多數據（ More Data）： 1 比特，用于通知處于節電模式的 STA， AP 緩沖區中有待的 MSDU 或 MMPDU。 WEP： 1 比特，標識數據是否進行了 WEP 加密。 Order： 1 比特，在任何包含 MSDU 或分段的數據幀中，該域置為 1 其他幀置為 0. （ 2） Duration/ID 域 ：長度 16 比特，在不同類型的幀中，該 域代表關聯 ID 或持續時間。 （ 3） 地址域： MAC 幀格式中包含 4 個地址域，這 4 個域共同標明了 BSSID。 （ 4） 順序控制域：由順序號（ 12 比特）和分段序號（ 4 比特）。 （ 5） 數據域：是可變長度域，對應高層協議數據。 （ 6） 幀校驗域：幀校驗（ FCS）域位于 MAC 幀尾，是 32 比特， CRC 校驗碼，FCS 校驗范圍覆蓋 MAC 幀頭和數據域。 其他 MAC 層功能 MAC 層應支持自動信道探索（ Probe）