第09章无线宽带接入技术.ppt

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1、第 9章无线宽带接入技术,9.1 本地多点分配业务9.2多路多点分配业务9.3无线局域网9.4第3代移动通信络,无线宽带接入技术具有组网灵活、成本较低等特点，成为有线宽带接入的有效支持、补充与延伸，适用于不便于铺设光纤尤其是电话基础网络较薄弱的农村以及沙漠、山区等地区，它利用无线信道实现高速数据、VOD视频点播、广播视频和电话业务等。宽带固定无线接入技术主要有3类：本地多点分配业务（LMDS）、多路多点分配业务（MMDS）、直播卫星系统（DBS）。宽带移动无线接入技术主要是第三代移动通信（3G）和无线局域网（WLAN），全球主流3G制式有3种：WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。,

2、9.1 本地多点分配业务,本地多点分配业务（LMDS），是一种高吞吐量、可提供多种宽带业务的点对多点的微波技术，工作频段一般为10GHz40GHz，可用带宽大于1GHz。LMDS采用小区制技术，小区半径一般在5km左右，用户接入速率高达155Mbit/s，LMDS具有高带宽、双向无线传输等特点，主要应用是向用户提供双向话音、宽带交互式数据和多媒体业务等，如宽带视频分配业务，特别适用于突发性数据业务和因特网接入。,9.1.1LMDS系统结构LMDS是结合高速率的无线通信和广播的具有交互性的系统。LMDS网络结构主要由核心网、网络运行中心（NOC）、服务区中的基站系统和服务区中的用户端设备组成。典

3、型的LMDS系统结构由基站（又称中心站）、终端站（又称远端站或用户站）和网管系统组成，,图9-1 LMDS系统结构,1基站LMDS采用一种类似蜂窝的服务区结构，负责进行用户端的覆盖，可对不同扇区的多个终端站提供服务，提供与核心网的接口，完成SNI接口与空中无线接口之间信号的处理与变换，并负责LMDS系统无线资源管理。基站包括室内单元和室外单元两部分。LMDS系统的基站采用多扇区覆盖，使用在一定角度范围内聚焦的喇叭天线来覆盖用户端设备。,2终端站终端站位于用户驻地，主要任务是接收基站的下行广播信号，从中提取属于自己的业务信号，将其分配到各个用户；同时将来自本站各个用户的信号进行复用，采用TDMA

4、或FDMA或CDMA方式发送到基站。终端站均包括室内单元和室外单元两部分。,3网管系统网管系统提供故障管理、配置管理、性能管理、安全管理和计费等基本功能，如自动功率控制、自动性能测试和远程管理等。网管系统可对基站和终端站设备进行集中监控、实现无人值守。,9.1.2LMDS主要技术1调制技术LMDS系统采用的调制方式主要有相移键控（4PSK又称QPSK）和正交幅度调制（4QAM、16QAM、64QAM）等。,表9-1LMDS系统调制方式比较,在相同的传输带宽下，调制技术复杂，其系统容量较大，但降雨对其影响越大，系统覆盖范围就越小。2多址技术多址技术是指同一个基站与多个不同位置的终端站之间当许多用

5、户同时使用同一频谱时，采用不同的滤波器和处理技术使不同用户信号互不干扰分别被接收。在LMDS系统中，通常采用TDMA、FDMA和TDMA/FDMA混合方式。LMDS无线收发双工方式大多数为频分双工（FDD）。,3无线频谱规划LMDS系统的工作频段一般为10GHz40GHz，这个频段是微波频段，只能实现视距接入，其无线传输路径必须满足视距通信要求，因此，在基站和终端站之间的无线传输路径上不能存在任何阻挡。我国LMDS系统占用频段为26GHz，按FDD双工方式规划的LMDS工作频率范围为24.45027.000GHz，,4组网技术LMDS系统主要采用多扇区蜂窝组网技术。LMDS系统一般具有自动增益

6、控制功能LMDS具有以下技术特点。频率复用高、系统容量大。,工作频带宽、可提供宽带接入。运营商启动资金较小，后期扩容能力强，投资回收快。提供业务种类多、速度快。在用户发展方面极具灵活性和可扩展性。,LMDS系统有如下局限性：LMDS服务区覆盖范围较小，小区半径一般在5km左右，不适合远程用户使用；不适用于降雨量大的地区，会受“降雨衰减”效应的限制，降雨衰减指的是雨滴对微波的散射和吸收所造成的信号失真的现象；不适用于地形、地物变化较大的地方，因为微波直线传输，所以只能实现视距接入，地形、地物的阻挡会使基站与远端站间的通信中断；传输质量在无线覆盖区边缘不稳定；LMDS仍属于固定无线通信，缺乏移动灵

7、活性。,9.1.3LMDS提供的业务（1）语音业务（2）数据业务（3）IP接入业务（4）视频业务,9.1.4典型的LMDS设备1P-COM LMDS系统（1）基站设备（2）用户站设备2Alcatel LMDS系统,图9-2 Alcatel LMDS系统结构,（1）基站设备（2）终端站设备（3）网管中心,9.1.5LMDS接入应用实例【应用实例1】LMDS在数据通信网中的应用【应用实例2】LMDS在宽带城域网中的应用【应用实例3】LMDS在移动通信网中的应用【应用实例4】LMDS在广播电视网中的应用,9.2 多路多点分配业务,多路多点分配业务（MMDS）是一种点对多点分布、提供宽带接入业务的无线

8、接入技术，MMDS工作频段主要集中在2GHz5GHz，由于2GHz5GHz频段受雨衰的影响很小，并且在同等条件下空间传输损耗比LMDS低，所以MMDS系统可应用于半径为40km左右的大范围覆盖。,9.2.1MMDS系统结构MMDS系统分为模拟MMDS系统与数字MMDS系统。MMDS系统构成与LMDS相似，一般由基站、用户站和网管系统组成。,图9-3 MMDS系统结构,1MMDS发射机数字MMDS发射机的主要任务是将输入的视频、音频和数据信号，经MPEG-2数字压缩、数字复接和QAM调制，再经过上变频器后输出MMDS微波信号。数字MMDS发射机分为单频道MMDS发射机和宽频MMDS发射机。,2天

9、线数字MMDS发射天线即基站天线，提供水平或垂直极化、全向或不同方位角、不同辐射场形，不同天线增益的各种MMDS发射天线，与波导或同轴电缆连接有两种接口方式，有加压密封或非加压密封、顶端安装或侧面安装等各种形式，可根据各种MMDS系统要求选择，以求最佳覆盖。MMDS接收天线即用户站天线，可采用比较简单的屋顶天线，,3降频器降频器即降频变换器，是数字MMDS的下变换器，它将数字MMDS信号变换到射频（RF）数字信号，MMDS最显著的特点就是各个降频器本振点可以不同，可由用户自选频点，即多点本振。,4机顶盒数字MMDS机顶盒是数字MMDS接收解码器（又称数字MMDS解扰器）。它将数字MMDS的下变

10、换器输出的RF数字信号转换成模拟电视机可以接收的信号。机顶盒（STB）一般分为电视机顶盒和网络机顶盒。,9.2.2MMDS主要技术1调制技术MMDS系统采用的调制方式与LMDS系统相似，主要有相移键控（4PSK又称QPSK）和正交幅度调制（4QAM、16QAM、64QAM）等。,2多址技术MMDS系统采用的调制方式与LMDS系统相似，上行多址方式为TDMA、CDMA，下行复用方式为TMD、FDM方式等。,3无线频谱规划MMDS系统工作频段主要集中在2GHz5GHz，我国国家无线电管理委员会规定：MMDS的工作频段为2.535 GHz2.599 GHz。4组网技术MMDS系统为准视距传播，支持多

11、扇区组网方式。一般情况下采用单基站系统、点到多点应用形式。,9.2.3MMDS提供的业务MMDS技术是以视距传输为基础的图像分配传输技术，MMDS可提供模拟视频、数字视频、双向数据传输、因特网接入和电话业务等，还支持用户终端业务、补充业务、GSM短消息业务和各种GPRS电信业务，适合于用户分布较分散，而业务需求却不大的用户群。,高频段（26GHz）的LMDS技术和低频段（2.5GHz，3.5GHz）的MMDS技术比较如下。MMDS与LMDS都是微波技术，视距传输。MMDS与LMDS系统在容量上、传播距离上各有优势与劣势，MMDS的传播距离可达40km的范围。,在业务上，MMDS系统适合于用户分

12、布较分散、而业务需求却不大的用户业务群，而LMDS系统则适合于用户分布集中、业务需求量大的用户群。在成本上，MMDS低于LMDS。MMDS所能提供的数据带宽同样与可利用的频段、采用的调制方式（QPSK、16QAM或64QAM）和扇区数量有关。在产品供应上，MMDS比LMDS要弱一些，但目前已经有一些生产厂家。,9.2.4MMDS接入应用实例【应用实例】MMDS在卫星直播电视网中的应用,9.3 无线局域网,无线局域网（WLAN）是指以无线电波或红外线作为传输媒质的计算机局域网。采用无线电或红外线作为传输媒质，无需布线即可灵活地组成可移动的局域网。无线局域网的主要应用是作为IP接入网技术，提供高速

13、因特网无线接入业务。,9.3.1WLAN协议无线局域网与有线局域网的区别是标准不统一，不同的标准有不同的应用，目前，最具代表性的WLAN协议是美国IEEE的 802.11系列标准和欧洲ETSI的HiperLAN标准。,（1）IEEE 802.11IEEE 802.11工作在2.4GHz频段，支持数据传输速率为1Mbit/s、2Mbit/s，用于短距离无线接入，支持数据业务。（2）IEEE 802.11aIEEE 802.11a工作在5GHz频段，数据传输速率为6Mbit/s54Mbit/s动态可调，支持语音、数据和图像业务，适用室内、室外无线接入。,（3）IEEE 802.11bIEEE 80

14、2.11b工作在2.4GHz频段，数据传输速率可在1Mbit/s、2Mbit/s、5.5Mbit/s、11Mbit/s之间自动切换，支持数据和图像业务，适用于在一定范围内移动办公的要求。,（4）IEEE 802.11gIEEE 802.11g是一个能够前后兼容的混合标准，在调制方法上可采用802.11b中的补码键控（CCK）调制方式和802.11a中的正交频分复用（OFDM）调制方式；在数据传输速率上，既适应802.11b在2.4GHz频段提供11Mbit/s、22Mbit/s，也能适应802.11a在5GHz频段提供54Mbit/s。,表9-2IEEE 802.11系列主要规范的特性,欧洲电

15、信标准协会（ETSI）标准组织发布了HiperLAN标准，HiperLAN/1采用GMSK调制方式，工作在欧洲专用频段5.150GHz5.300GHz上，因此无需采用扩频技术，数据传输速率可达23.5Mbit/s；HiperLAN/2采用OFDM调制方式，工作在欧洲专用频段5.470GHz5.725GHz上，数据传输速率可达54Mbit/s，它具有高速率传输、面向连接、支持Qos要求、自动频率配置、支持小区切换、安全保密和兼容3G无线接入系统等特点，HiperLAN/2提供了一个小范围（150m）、高速（54Mbit/s）的无线接入系统。,9.3.2WLAN系统结构1WLAN拓扑结构（1）无中

16、心拓扑结构无中心拓扑结构是最简单的对等互连结构，基于这种结构建立的自组织型WLAN至少有两个站，各个用户站（STA）对等互连成网型结构，称为Ad hoc网络。在每个站（STA）的计算机终端均配置无线网卡，终端可以通过无线网卡直接进行相互通信，这些终端的集合称为基本服务集（BSS）。,无中心拓扑结构WLAN的主要特点是：无需布线，建网容易，稳定性好，但容量有限，只适用于个人用户站之间互连通信，不能用来开展公众无线接入业务。（2）有中心拓扑结构有中心拓扑结构是WLAN的基本结构，至少包含一个访问接入点（AP）作为中心站构成星型结构。,图9-4 WLAN拓扑结构,一个BSS可配置一个AP，多个AP即

17、多个BSS就组成了一个更大的网络，称为扩展服务集（ESS）。有中心拓扑结构WLAN的主要特点是：无需布线，建网容易，扩容方便，但网络稳定性差，一旦中心站点出现故障，网络将陷入瘫痪，AP的引入增加了网络成本。,WLAN具有独特的媒体接入控制（MAC）机制，支持以下两种不同的MAC方案。分布协调功能（DCF）点协调功能（PCF）,2WLAN系统组成主要有以下3种类型 网桥连接型 基站接入型 AP接入型,图9-5 WLAN系统结构,（1）无线网卡无线网卡称为站适配器，是计算机终端与无线局域网的连接设备，在功能上相当于有线局域网设备中的网卡。【产品实例】Cisco PCM342,（2）无线接入点无线接

18、入点（AP）称为无线Hub，是WLAN系统中的关键设备。无线AP是WLAN的小型无线基站，也是WLAN的管理控制中心，负责以无线方式将用户站相互连接起来，并可将用户站接入有线网络，连接到因特网，在功能上相当于有线局域网设备中的集线器（Hub），也是一个桥接器。【产品实例】Cisco AP1200,（3）接入控制器接入控制器（AC）是面向宽带网络应用的新型网关，可以实现WLAN用户IP/ATM接入，其主要功能是对用户身份进行认证、计费等，将来自不同AP的数据进行汇聚，并支持用户安全控制、业务控制、计费信息采集及对网络的监控。,9.3.3WLAN主要技术1扩频技术WLAN采用的扩频技术是跳频扩频（

19、FHSS）和直接序列扩频（DSSS），2无线频谱规划WLAN使用的无线传输介质是红外线和位于工业、科学、医学（ISM）频段的无线电波。,3安全技术WLAN采用直接序列扩频技术，它将传输信号与伪随机码进行异或运算，信号本身就有加密功能（1）扩展服务集标识号（ESSID）（2）MAC地址过滤（3）有线对等加密（WEP）（4）用户认证,4覆盖与天线技术WLAN覆盖包括室外覆盖和室内覆盖。（1）室外覆盖室外覆盖一般采用微蜂窝覆盖方式，（2）室内覆盖室内通常要采用微蜂窝、室内分布式天线和泄漏电缆或它们之间的组合以覆盖盲区。,5无线漫游技术WLAN中的无线漫游是指在不同的无线AP(SSID)之间，用户站与

20、新的无线AP建立新的连接，并切断与原来无线AP连接的接续过程。,9.3.4WLAN提供的业务WLAN基本业务范围包括以下几个方面。高速因特网接入 局域网互连 虚拟专网（VPN）会议电视,WLAN扩展业务范围包括以下几个方面。付费电视 视频点播 网络教学 网络购物 远程医疗 IP电话/传真【业务实例】中国电信“天翼通”业务,9.3.5WLAN接入应用实例（1）移动办公（2）作业现场（3）会展中心【应用实例1】WLAN在机场接入方案中的应用,图9-6 机场WLAN系统组成,【应用实例2】电信运营级WLAN系统建设方案图9-7 电信运营级WLAN系统组成,9.3.6蓝牙技术蓝牙技术的典型应用是在无线

21、个人网络（WPAN），IEEE 802.15标准就是为WPAN开发的，目前已发展成为短距离个人无线网络的标准。1IEEE 802.15标准,IEEE802.15是一个关于无线个人网络（WPAN）的技术标准，它以蓝牙技术作为WPAN的基础，采纳了大部分重要的蓝牙规范，由IEEE 802.15工作组负责制定，目前由以下4个分标准组成：IEEE 802.15.1 IEEE 802.15.2 IEEE 802.15.3 IEEE 802.15.4,2蓝牙系统结构蓝牙系统一般由天线单元、链路控制（固件）单元、链路管理（软件）单元和蓝牙软件（协议栈）单元组成,图9-8 蓝牙系统结构,3蓝牙技术的主要应用【

22、应用实例1】蓝牙技术在计算机中的应用【应用实例2】蓝牙技术在移动电话中的应用,9.4 第3代移动通信,9.4.13G概述3G的目标可以概括为：能实现全球漫游，用户能在整个系统和全球漫游；能提供多种业务，包括语音、可变速率的数据、活动视频等业务，特别是多媒体业务；能适应多种环境，可以现有的PSTN、ISDN等通信系统来提供无缝隙的覆盖；足够的系统容量，强大的多种用户管理能力，高保密性能和高质量的服务。,9.4.23G的主流制式全球主流的3G制式有3种，分别为WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。WCDMA目前主要有R99、R4、R5、R6版本，目前比较成熟的是R99；CDMA2000主

23、要有1X、1X EV-DO、1X EV-DV版本，目前比较成熟的是1X和1X EV-DO。表9-3WCDMA和CDMA2000的主要技术特征,9.4.3WCDMA系统结构WCDMA系统结构由用户设备（UE）、无线接入网（RAN）和核心网（CN）组成。WCDMA系统包括的物理实体 用户设备（UE）基站（Node B）无线网络控制器（RNC）移动交换机（MSC）,拜访位置寄存器（VLR）关口局（GMSC）归属位置寄存器（HLR）鉴权中心（AUC）业务交换点（SSP）业务控制点（SCP）,服务GPRS支持节点（SGSN）关口GPRS支持节点（GGSN）计费网关（CG）操作维护中心（OMC）,图9-9 WCDMA系统结构,9.4.43G业务3G移动通信业务是指利用第3代移动通信网络提供的话音、数据和视频图像等业务。3G移动通信业务的主要特征是可提供移动宽带多媒体业务，其中高速移动环境下支持144kbit/s速率，步行和慢速移动环境下支持384kbit/s速率，室内环境支持2Mbit/s速率的数据传输，并保证高可靠的服务质量（QoS）。,在实际应用中，3G业务主要分为以下5大类。（1）语音及语音增强业务（2）承载业务（3）补充业务（4）智能网业务（5）数据增值业务【业务实例】基于位置业务,