《无线接入概论》PPT课件.ppt

2.1 概述概述n无线接入具有不可替代的优点：使用灵活性和更强无线接入具有不可替代的优点：使用灵活性和更强的抗灾变能力的抗灾变能力n游牧式的接入：游牧式的接入：Nomadic Accessn无线接入网，是部分或全部采用无线电波这一传输无线接入网，是部分或全部采用无线电波这一传输媒质连接用户与交换中心的接入网媒质连接用户与交换中心的接入网n无线接入网无线接入网n无线本地环路无线本地环路n蜂窝与无绳系统蜂窝与无绳系统n连接用户终端与交换中心的微波一点对多点系统连接用户终端与交换中心的微波一点对多点系统n卫星接入系统卫星接入系统n无线局域网无线局域网接入网技术接入网技术使用历史使用历史n采用无线电波连接用户与交换中心已有多年历史采用无线电波连接用户与交换中心已有多年历史n最初，其主要应用为两个方面最初，其主要应用为两个方面n用于用户密度稀疏且有线链路难以到达的地区，如海岛、山区和农村等用于用户密度稀疏且有线链路难以到达的地区，如海岛、山区和农村等n作为临时性通信手段使用，例如，临时贸易中心、临时体育比赛中心等应作为临时性通信手段使用，例如，临时贸易中心、临时体育比赛中心等应用场合用场合n随随着着蜂蜂窝窝和和无无绳绳移移动动系系统统的的发发展展，无无线线链链路路的的使使用用已已移移向向用户密集的市区用户密集的市区n同时，它也逐渐同时，它也逐渐n从临时性链路变为永久性链路从临时性链路变为永久性链路n从固定性接入变为移动性接入从固定性接入变为移动性接入n从窄带接入向宽带接入发展从窄带接入向宽带接入发展接入网技术接入网技术例：蜂窝移动通信例：蜂窝移动通信n第一代（第一代（1G）模拟移动通信的历史使命已完成）模拟移动通信的历史使命已完成n第二代（第二代（2G）数字移动通信系统正在运营）数字移动通信系统正在运营n第三代（第三代（3G）移动通信系统即将问世）移动通信系统即将问世n第四代（第四代（4G）移动通信系统正在孕育之中）移动通信系统正在孕育之中接入网技术接入网技术分类n无线接入网按照用户终端的可移动性，可分为无线接入网按照用户终端的可移动性，可分为n固定接入固定接入n移动接入移动接入n按照传输带宽的宽窄，可分为按照传输带宽的宽窄，可分为n窄带接入：接入速率低于窄带接入：接入速率低于2Mb/sn宽带接入：传输带宽高于或等于宽带接入：传输带宽高于或等于2Mb/s接入网技术接入网技术无线接入网主要特点n建设周期短建设周期短-省去了挖坑埋缆，或竖杆架线等线路施工过省去了挖坑埋缆，或竖杆架线等线路施工过程程n在通信距离较长时，具有较好的经济性在通信距离较长时，具有较好的经济性-节省建设投资和节省建设投资和维护费用维护费用n抗灾变能力强抗灾变能力强-不容易被自然灾害所中断，恢复时间也较不容易被自然灾害所中断，恢复时间也较短短n能同时向用户提供固定接入和移动接入。能向用户提供移能同时向用户提供固定接入和移动接入。能向用户提供移动性业务是无线接入网区别于有线接入网的最重要标志动性业务是无线接入网区别于有线接入网的最重要标志n支持个人通信。个人通信的特点是用户与终端的移动性支持个人通信。个人通信的特点是用户与终端的移动性接入网技术接入网技术无线接入的基本技术无线接入的基本技术n信源编码与信道编码技术信源编码与信道编码技术n多址接入技术多址接入技术n抗衰落技术抗衰落技术n网络安全技术网络安全技术n无线空中接口无线空中接口接入网技术接入网技术多址接入技术多址接入技术n频分多址（频分多址（FDMA）nFrequency Division Multiple Accessn把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道（或称信道），分把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道（或称信道），分配给不同的用户使用配给不同的用户使用n时分多址（时分多址（TDMA）nTime Division Multiple Accessn把无线频谱按时隙划分，若干个时隙组成一帧把无线频谱按时隙划分，若干个时隙组成一帧n码分多址（码分多址（CDMA）nCode Division Multiple Accessn各用户使用各自的扩频编码，即用互不相同、相互正交或准正交的各用户使用各自的扩频编码，即用互不相同、相互正交或准正交的地址码来调制信号，在接收端通过相关检测从混合信号中选出相应地址码来调制信号，在接收端通过相关检测从混合信号中选出相应的信号的信号n空分多址（空分多址（SDMA）nSpace Division Multiple Accessn通过控制用户的空间辐射能量来提供多址接入能力通过控制用户的空间辐射能量来提供多址接入能力n通过分割空间信道分离同一时隙和同一频道上的多个用户信号通过分割空间信道分离同一时隙和同一频道上的多个用户信号接入网技术接入网技术抗衰落技术抗衰落技术n分集技术分集技术n空间分集（空间分集（Space Diversity）是在发端使用一副发）是在发端使用一副发射天线，接收端使用多副接收天线，并且接收端天线射天线，接收端使用多副接收天线，并且接收端天线的间隔足够大（的间隔足够大（d/2），从而保证各接收天线输入），从而保证各接收天线输入信号的衰落特性相互独立信号的衰落特性相互独立n时间分集（时间分集（Time Diversity）就是将给定的信号在时）就是将给定的信号在时间上相隔一定的间隔重复传输多次，只要时间间隔大间上相隔一定的间隔重复传输多次，只要时间间隔大于相干时间，就可以得到多条独立的分集支路于相干时间，就可以得到多条独立的分集支路n频率分集（频率分集（Frequency Diversity）是将要传输的信）是将要传输的信息分别以不同的载频发射出去，只要载频的间隔大于息分别以不同的载频发射出去，只要载频的间隔大于相干带宽，那么在接收端就可以得到衰落特性不相关相干带宽，那么在接收端就可以得到衰落特性不相关的信号的信号接入网技术接入网技术抗衰落技术（抗衰落技术（2 2）n自适应均衡技术自适应均衡技术 n采用自适应均衡技术可以克服码间干扰采用自适应均衡技术可以克服码间干扰n均衡技术的目的是根据信道的特性，按某种最佳准则均衡技术的目的是根据信道的特性，按某种最佳准则来设计均衡器的特性，使得经过信道传输后的收端信来设计均衡器的特性，使得经过信道传输后的收端信号与发端信号之间达到最佳匹配号与发端信号之间达到最佳匹配n算法有多种，即最小均方误差算法、递归最小二乘法、算法有多种，即最小均方误差算法、递归最小二乘法、快速递归最小二乘法、平方根递归最小二乘法和梯度快速递归最小二乘法、平方根递归最小二乘法和梯度递归最小二乘法等递归最小二乘法等接入网技术接入网技术网络安全技术网络安全技术n目标目标n对于接入网络的呼叫请求进行鉴权，判定用户身份的对于接入网络的呼叫请求进行鉴权，判定用户身份的合法性合法性n对移动台的用户识别码进行保护，即用经常变更的临对移动台的用户识别码进行保护，即用经常变更的临时移动台识别码代替用户识别码时移动台识别码代替用户识别码n对无线信道上的用户数据和信令信息进行加密对无线信道上的用户数据和信令信息进行加密n用户鉴权用户鉴权n移动台做主叫、移动台做被叫、移动台位置登记、位移动台做主叫、移动台做被叫、移动台位置登记、位置更新、基站要求鉴权置更新、基站要求鉴权n信息加密信息加密n使基站和移动台之间交换的用户信息和用户参数不被使基站和移动台之间交换的用户信息和用户参数不被截获或监听截获或监听接入网技术接入网技术无线空中接口无线空中接口n无线接口自下而上分为三层：无线接口自下而上分为三层：n物理层物理层-完成编码、调制及各物理信道的扩频完成编码、调制及各物理信道的扩频n数据链路层数据链路层-在移动台和基站之间建立可靠的数据传输通在移动台和基站之间建立可靠的数据传输通道道n完成建立、维持及释放一个逻辑链路连接所必须的功能，包括流量完成建立、维持及释放一个逻辑链路连接所必须的功能，包括流量控制、争先判决、序列控制，选择确认或不确认操作之类的通信方控制、争先判决、序列控制，选择确认或不确认操作之类的通信方式，将通信数据插入发信数据帧或从收信帧中取出等式，将通信数据插入发信数据帧或从收信帧中取出等n管理层管理层-可进一步分为三个子层可进一步分为三个子层n无线资源管理子层：建立、改变和释放无线信道。包括无线信道的无线资源管理子层：建立、改变和释放无线信道。包括无线信道的设置、分配、切换及性能监测等设置、分配、切换及性能监测等n移动管理子层主要支持用户的移动性，在移动台和移动交换中心间移动管理子层主要支持用户的移动性，在移动台和移动交换中心间建立、保持及释放连接，管理由移动台启动的位置更新，以及加密、建立、保持及释放连接，管理由移动台启动的位置更新，以及加密、识别和用户鉴权等事务识别和用户鉴权等事务n连接管理子层支持以交换信息为目的的通信，由呼叫控制、补充业连接管理子层支持以交换信息为目的的通信，由呼叫控制、补充业务、短消息业务组成务、短消息业务组成接入网技术接入网技术总结总结n无线传输技术复杂无线传输技术复杂n频率有限、干扰起伏、信道复杂频率有限、干扰起伏、信道复杂n近年来技术进步令人瞩目近年来技术进步令人瞩目n高效调制、强力纠错、有效的高效调制、强力纠错、有效的MAC协议协议n需求与技术，强烈激发了多种需求与技术，强烈激发了多种BWA的标准化的标准化nBWA：Broadband Wireless AccessnWPAN/WLAN/WMAN/WRAN，WWANn无线接入正在迎来生机蓬勃的春天无线接入正在迎来生机蓬勃的春天接入网技术接入网技术2.2 无线数据网络发展史无线数据网络发展史n历史悠久历史悠久n互联网初期：互联网初期：ARPANETn无线传输的分组交换网络：无线传输的分组交换网络：PRNET分组无线网和分组无线网和SATNET分组卫星分组卫星网网n早期的无线接入网：夏威夷大学早期的无线接入网：夏威夷大学ALOHAnet：将分散在：将分散在4个岛屿上个岛屿上的计算机终端用无线网络连接到主校区的计算机主机的计算机终端用无线网络连接到主校区的计算机主机n早期网络的经验早期网络的经验n无线接入，有时是不可取代的，如野外、荒岛无线接入，有时是不可取代的，如野外、荒岛n分组交换是唯一合理的技术分组交换是唯一合理的技术n必须大大提高调制、抗干扰的能力必须大大提高调制、抗干扰的能力n必须深入研究必须深入研究MAC协议以适应复杂的无线网络环境协议以适应复杂的无线网络环境n长期以来，研究工作一直在努力长期以来，研究工作一直在努力n例如军事通信领域的例如军事通信领域的Ad-hoc、MANET接入网技术接入网技术2.3 地面地面BWA技术技术n多种多种BWA技术正在蓬勃发展技术正在蓬勃发展n需求牵引、技术推动需求牵引、技术推动n标准化活动十分活跃标准化活动十分活跃nIEEE 802委员会对委员会对BWA展开全线标准化活动展开全线标准化活动n802.11：WLAN，无线局域网，无线局域网n802.15：WPAN，无线个域网，无线个域网n802.16：WMAN，无线城域网，无线城域网n802.20：MBWA，移动宽带无线接入，移动宽带无线接入n802.22：WRAN，无线区域网，无线区域网nWWAN：无线广域网正在走向宽带，例如：无线广域网正在走向宽带，例如3G接入网技术接入网技术WLAN接入技术接入技术n技术标准：技术标准：802.11，现行版本是，现行版本是1999版版n802.11：2Mb/sn802.11b：11Mb/sn802.11a和和802.11g：54Mb/sn802.11n：100Mb/sn802.11i：增加安全性增加安全性n802.11e：链路链路QoSn802.11s：无线无线mesh网网n802.11p：车辆接入网车辆接入网n802.11k：无线广播资源管理无线广播资源管理n802.11v：无线网络管理无线网络管理n厂商联盟厂商联盟Wi-Fi(Wireless Fidelity)接入网技术接入网技术WMAN接入技术接入技术n城域接入网络，覆盖半径为城域接入网络，覆盖半径为10千米到几十千米，千米到几十千米，70Mb/sn技术标准：技术标准：802.16n802.16-2001：在：在10GHz-66GHz频段工作的固定频段工作的固定BWA系统系统 2Mb/sn802.16c-2002：技术上修正技术上修正n802.16a-2003：2GHz-11GHz频段工作的频段工作的BWA系统系统 n802.16-2004：当前标准版本，用于城域固定宽带无当前标准版本，用于城域固定宽带无线接入线接入n802.16e：提供面向移动终端的服务提供面向移动终端的服务n厂商联盟厂商联盟WiMAX(微波接入全球互操作性微波接入全球互操作性)论坛论坛接入网技术接入网技术WWAN接入技术接入技术n并不直接使用物理介质，而是基于已有的并不直接使用物理介质，而是基于已有的通信基础设施构件网络通信基础设施构件网络-基于移动通信基于移动通信nGSM+GPRS=2.5G网络网络n下一代移动通信系统下一代移动通信系统3G接入网技术接入网技术WPAN接入技术接入技术n附加一公里附加一公里n工作于服务工作于服务10m范围的个人区域，用于组范围的个人区域，用于组成个人网络成个人网络n技术标准：技术标准：802.15接入网技术接入网技术2.4 卫星接入技术卫星接入技术n无线网络的覆盖特性无线网络的覆盖特性n地面网络：路灯式覆盖地面网络：路灯式覆盖n卫星网络：阳光式覆盖卫星网络：阳光式覆盖n卫星接入的特别意义卫星接入的特别意义n覆盖：边远地区、崇山峻岭、浩瀚海域覆盖：边远地区、崇山峻岭、浩瀚海域n用于：野外接入、应急抢险接入、海上接入用于：野外接入、应急抢险接入、海上接入n卫星轨道类型：卫星轨道类型：GEO/MEO/LEOnGEO：地球同步轨道卫星，：地球同步轨道卫星，36000km的地球同步轨道上的地球同步轨道上nLEO：低地球轨道卫星，：低地球轨道卫星，800km-2000km，发射功率低，发射功率低nMEO：中地球轨道卫星，：中地球轨道卫星，10000km-20000km，覆盖单次通信，覆盖单次通信n应用前景应用前景n前几年，部署受挫前几年，部署受挫n现在，正开始新一轮发展现在，正开始新一轮发展接入网技术接入网技术2.5 竞争与共存竞争与共存nBWA技术的竞争技术的竞争n各种各种BWA应用领域并不一致应用领域并不一致n也存在强烈竞争，例如：也存在强烈竞争，例如：WMAN/MBWA/WRAN（无线区域网）（无线区域网）n技术发展的命运必须接受市场检验技术发展的命运必须接受市场检验nBWA技术的共存技术的共存n各种各种BWA的互补性：的互补性：WLAN/WMAN/WWANn多系统共存：多系统共存：coexitance nIEEE 802.18、802.19、802.21 n有线接入与无线接入的互补性有线接入与无线接入的互补性n永恒的主题：竞争、共存、发展永恒的主题：竞争、共存、发展接入网技术接入网技术小结小结n无线接入是最自由的接入方式无线接入是最自由的接入方式n无线接入技术具有不可取代的优点无线接入技术具有不可取代的优点n无线数据网络在长期发展后步入坦途无线数据网络在长期发展后步入坦途n宽带无线接入（宽带无线接入（BWA）技术百花齐放）技术百花齐放n多种多种BWA技术、竞争共存技术、竞争共存接入网技术接入网技术