无线宽带接入技术论文

无线宽带接入技术论文内容摘要：

......................................................... 66 1 前言 在此我对无线宽带网的研究是为了对无线宽带接入技术有更深的了解和认识，研究主要针对无线局域网技术 ,WIMAX, 接口和新的无线接入技术。 在此前以后人们对其进行过研究，但在此我将借鉴前人的的研究，对其进行一次更加升入全面的分析。 在此研究之中我们将认识到更多有关于无线宽带的知识，对其有更为深刻的了解，希望以此使得大家更加关注无线宽带网技术，使其在未来通信行业之中获得更多重视。 因为其技术日益的成熟，将会逐步改变我们的生活，给我们带来更多方便和惊喜。 2 第 1 章 宽带无线接入技术概述 基本概念 接入网概念 从电信角度：全网分为：公众网和用户驻 地网（ cpn）。 其中公众网又可以分为长途网 ,中继网 ,接入网，长途网和中继网组成为核心网。 接入网：业务节点接口（ SNI） ,用户网络接口（ UNI） ,传送实体（线路和传输设施）所组成的实施系统，用 Q3 接口进行配置。 从市话端局（本地交换机）至用户终端之间的部分属于接入网 [1]。 接入网分为：有线和无线。 其中有线接入网中有：光纤接入网 ,铜缆接入网 ,混合光纤 /同轴电缆网。 无线接入网有：集群通信网 ,蜂窝移动网 ,微波通信网 ,卫星通信网 ,。 宽带无线（ BWA） 交换节点到用户终端采用无线技术。 1．覆盖：单基站： 几十米到几千米，应用于局域网到城域网。 2．应用频率： 2GHZ~几十 GHZ。 3．频谱利用率高：采用 OFDM/OFDMA 技术。 4．灵活的链路自适应技术。 5． MAC 层具备调度机制。 6．动态宽带分配能力。 7． 安全性。 8．承载业务正从话音及数据兼顾的业务向纯数据业务转。 9．应用模式从固定向移动方向转。 分类 1．按照覆盖区域划分：个域网 ,局域网 ,城域网 ,广域网 , 2．针对电信运营商应用需求进行划分： WLAN（无线局域网）， FBWA（固定无线接入）， MBWA（移动无线接入） 3 BWA 传统 属 于“最后一公里”技术：高频段的 LMDS,低频段的 MMDS。 LMDS（本地多点系统）： 26GHZ,28GHZ,36GHZ 和 38GHZ。 特点在于带宽大，覆盖在 5km 以内，适于商务热点。 第二代 LMDS 工作原理：通过基站式扇形区域将 ATM 骨干网基带信号调制为射频信号发射。 在覆盖区内的许多用户终端设备将接收并把射频信号还原为ATM 信号，实现数据双向对称高宽带无线传输。 LMDS 系统结构： 优点：提供 35~58Mbps 下行，而商用户高达 ~，成本低 ,项目启动快 ,建设周期短 ,维护成本低。 面临问题： 1． 政策方面：运营商和厂商的每一实施步骤都必须得到政府许可。 例如频率申请和实验网建设。 2． 技术方面：没有统一的接口和协议标准，视距传输受雨率效应明显。 MMDS（多点多信道）：占用 ,，受气候影响小。 范围在 10km 上 ,带宽小 ,适用于中小企业和 SOHO 用户。 可以提供INTERET 接入，本地用户数据交换，话音业务和 VOD 视频点播。 MMDS 下行频率宽度为 2~6MHz，采用 TDM 方式，上行一般为 TDMA 方式。 频带宽度数百 KHz，最大 MHz，采用介 质访问控制协议（ MAC），有效管理无线资源，但是 2~5GHz 频率段紧张。 缺点：局限性：带宽有限，仅 200MHz。 信道不足，限制 MMDS 在大型商业区应用且大范围也容易引起小区间干扰，而 无线技术属于 MMDS。 传统 BWA 技术发展 由于 LMDS 和 MMDS 并没有形成 FBWA 领域的统一技术标准，所以要想使 BWA发展下去，就需要成熟技术 ,统一标准 ,以及有效成本降低机制构成的良性循环，到目前为止，发展较好，广泛接受的为 IEEE 的 标准。 :既考虑了 LMDS 系统的兼容，又考虑了 LMDS 技术发展。 其大力推广 FBWA 发展。 标准为点对多点（ PMP）宽带固定无线接入系统的权威规范，最初为 10~66GHz 规范，之后又对 2~11GHz 频段进行了规范。 4 BWA 是各种无线通信领域新技术和各类计算机领域齐心合力，发挥新思路智慧的“结晶”。 是 IT 与 CT 技术的融合5 第 2 章 WLAN 技术 无线局域网特点 WLAN：是计算机网络与无线通信技术的结合产物 ,特点： 1. 安装便捷 2. 移动性好：支持室外 300m，办公环境 10~100m。 3. 易扩展性：每个 AP 支持 100 多个用户。 4. 可靠性：使用以 太网类似的连接协议和数据包确认。 无线局域网体系 其中 ：工作于 ，物理层采用红外， DSSS（直接序列扩频） 或 FSSS（跳频扩频）技术，共享速率高达 2Mbps。 主要解决办公室局域网和校园网中用户端的无线接入问题 [1]。 ：工作在 5GHz 频段上，使用 OFDM 调制技术，可支持 54Mbps 速 率传输。 优点在于传速高 ,干扰小。 缺点：价格高， 是 协议的扩展，可支持高达 11Mbps速率，在 频段上，采用调制技术 CCK。 优点：价格低，速率低。 ：定义了一些物理层方面要求，以适应 设备在国家无线电管制上的要求。 是 MAC 层标准的基础，在此基础上为了满足在安全性和 QOS 等方面的进一步要求，相继提出了 , 和 等标准。 增强了 层，为 WLAN 应用提供了 QOS 支持能力。 , , 对物理层的改 进结合，使得 系统能让 WLAN 支持语音和视频应用。 ：定义了一套称为 IAPP 协议，以实现不同供应商的接入点间的互操作性。 ：为新的物理 OFDM 调制技术，速率提高到 20Mbps 以上，与6 系统互通，共存一个 AP 网络里，保障了后向兼容性，使原有 WLAN系统向高速 WLAN 过渡，延长了 的寿命，降低了投资。 ：在 a 的基础上增加了动态频率选择（ DFS）和发送功率控制（ TPC）功能。 和 ： 是 IEEE802 系列 LAN的整体安全体系架构，包括认证（ EAP 和 Radius）和密钥管理功能， 则是对 MAC 层在安全性方面增强，与 一起，为 WLAN 提供认证和安全机制。 ：为适应在 5GHz 以上应用不同而制定的标准，在 ~之间，欧洲允许 200mw 功率，日本仅允许 160mw。 ：为 WLAN 应该如何进行信道选择，漫游服务和传输功率控制提供了标准。 在 WLAN 中 ，每个设备通常会连接到提供信号最强的接入点，这样会导致其他接入点利用率低，对一个接入点利用过度，为此用 来规范。 ：对 家族规范进行维护，修改，改进，以及解释。 ：为新的高速无线局域网标准，其将 的速度从56Mbps 提升到 108Mbps 以上，最高可达 320Mbps，共采用双频工作模式（ 和 5GHz），保障了 , , 标准的兼容，还用MIMO 与 OFDM 技术相结合，使速率成倍提升，另外采用智能无线技术极高性能的传输技术，使传输距离大大加长，可达到几千米（并保证 100Mbps 的传输速率），其全面改进 标准从物理层标准，采用新的高性能天线传输技术，优化数据结构，提高网络吞吐性能。 ：针对 VoWLAN 制定，实现更快的无限跨区切换，以及读取语音比数据有更高的传输优先权。 ：针对汽车通信的特殊环境而制定的。 ：通过将虚拟 LAN 映像到无线网络上，实现 WLAN 上对 VLAN的支持。 ：立足进行 FBT（快速切换）的研究，目的是为了研究实现支持时延敏感业务的快速切换技术。 ：建立在 a， b， g， i 上，兼容这些标准的同时具有“自动发现”7 和“自愈”功能。 ：定义了测试 WLAN 的量度和方法。 ：定义了 WLAN 与其他网络的交互性，让更多产品将兼具 WiFi与其他无线协议。 ：在 k 的基础上，进一步向运营商增强由 WLAN 提供的服务。 其他标准： FliperLAN1/HiperLAN2， MMAC 标准。 为了推动 3G 和 WLAN 两种技术的协议发展，目前重点研究如何利用 3G 网络能力，向 WLAN 系统提供用户接入认证和计费业务。 的体系结构 无线局域网由端站（ STA），接入点（ AP） ，接入控制器（ AC） ， AAA 服务器以及网元管理单元组成。 图 21 无线局域网参考模型 接口定义： WA 接口：空中接口。 WB接口：为逻辑接口，可以不对应具体的物理接口。 WT 接口：为逻辑接口，可以不对应具体的物理接口。 WU接口：公众无 线局域网（ PWLAN）和 Inter 之间的接口。 WS接口：为逻辑接口，可以不对应具体的物理接口。 WP接口： AC 与 Portal 服务器之间接口，也为为逻辑接口，可以不对应具体的物理接口。 WM 接口： PWLAN 与网元管理单元之间的接口，该接口为为逻辑接口，可以不对应具体的物理接口。 网络单元功能： STA：无线网络中的终端，可以通过不同接口接入计算机终端。 也可以是非计算机终端上的嵌入式设备。 AP：通过无线链路和 STA 通信， AP 上行方向通过 WB接口采用有线方式与 ACSTA AP AC 网元管理单元 AAA 服务器 IP 城域网 Portal 服务器 WT WA WM WP WU WS WB 8 连接。 AC：在无线局域网和外部网之间充 当网关功能。 AAA 服务器具备认证，授权和计费（ AAA）功能。 Portal 服务器负责完成 PWLAN 用户门户网站的推送，为必选网络单元。 接口要求： ：（ 1）物理层： 下，可用带宽 ，划分为 13 个信道，每个信道带宽 22MHz。 物理层具体要求： 下空中接口必须符合 和 /或 规定。 的 WLAN 设备必须支持 DSSS 方式，不应采用 FHSS（跳频扩频）方式。 的设备，必须兼 容 的设备。 下： (1)信道划分：可用带宽 125MHz，分为 5 个信道，每个信道带宽为 20MHz。 信道中心频率为： 5000+5*n（ MHz） ，其中 n=149， 153， 157， 161， 165。 (2)物理层要求： 空中接口符合 的规定。 采用 OFDM调制方式，设备支持 8 种速率等级： 54， 48， 36， 24， 18， 12， 6Mbps，系统使用 52 个子载波，可以采用 BPSK， QPSK， 16QAM 和 64QAM 调制方式，卷及编码速率为 1/2,2/3,3/4。 (3)MAC 层要求： ○ 1 必须符合 规定。 ○ 2 支持分布式协调功能（ DCF）。 ○ 3 支持点协调功能（ PCF）。 ○ 4 支持虚拟载波侦听机制。 ○ 5 支持节电模式和激活模式，并能相互转换。 ○ 6 支持 MSDU 和 MMPDU 的分段和重组功能。 ○ 7 支持基于 SSID 和 WEP 加密的安全服 务。 9 B： MAC 帧帧结构 （ 1）帧控制域（ Frame control）：由多个子域构成，每个子域对应不同的比特数。 协议版本（ Protocol Version）： 2 比特， MAC 协议的版本号，类型（ TYPE）：2 比特，标识了帧的类型，包含管理帧，数据帧和控制帧。 子类型（ Subtype）： 4 比特，和类型域共同标识了特定帧的类型。 To DS： 1 比特，在所有发送 DS 给数据帧中，该域置 1， 其他帧中置为 0. From DS： 1 比特，在所有 DS 发送的数据帧中，该域置 1，其他帧中置为 0. 更多分段（ More Fragment）： 1 比特，标识该帧之后是否有当前 MSDU 或 MMPDU的分段。 重传（ Retry）： 1 比特，标识该帧是否为重传帧。 功率管理（ Power Management）： 1 比特，标识 STA 的功率管理状态。 更多数据（ More Data）： 1 比特，用于通知处于节电模式的 STA， AP 缓冲区中有待的 MSDU 或 MMPDU。 WEP： 1 比特，标识数据是否进行了 WEP 加密。 Order： 1 比特，在任何包含 MSDU 或分段的数据帧中，该域置为 1 其他帧置为 0. （ 2） Duration/ID 域 ：长度 16 比特，在不同类型的帧中，该 域代表关联 ID 或持续时间。 （ 3） 地址域： MAC 帧格式中包含 4 个地址域，这 4 个域共同标明了 BSSID。 （ 4） 顺序控制域：由顺序号（ 12 比特）和分段序号（ 4 比特）。 （ 5） 数据域：是可变长度域，对应高层协议数据。 （ 6） 帧校验域：帧校验（ FCS）域位于 MAC 帧尾，是 32 比特， CRC 校验码，FCS 校验范围覆盖 MAC 帧头和数据域。 其他 MAC 层功能 MAC 层应支持自动信道探索（ Probe）。