《無線寬帶接入》PPT課件.ppt

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第6章無線寬帶接入技術6.1本地多點分配業(yè)務本地多點分配業(yè)務(LMDS)是一種可提供多種寬帶業(yè)務的點對多點(基站到用戶）的微波技術,工作頻段一般為10GHz～40GHz,可用帶寬大于1GHz。LMDS采用小區(qū)制技術，小區(qū)半徑一般在5km左右，用戶接入速率高達155Mb/s。采用ATM信元做為基本的無線傳輸機制。,適用于高密度用戶地區(qū)或光纖、銅線等有線手段很難到達的區(qū)域，滿足用戶對高速數據和圖像通信日益增長的需求，特別適用于突發(fā)性數據業(yè)務和Internet接入。,1.LMDS系統(tǒng)技術特點：(1)頻率復用高、系統(tǒng)容量大(2)工作頻帶寬、可提供寬帶接入(3)運營商啟動資金較小，后期擴容能力強，投資回收快(4)提供業(yè)務種類多、速度快(5)在用戶發(fā)展方面極具靈活性和可擴展性,LMDS系統(tǒng)局限性：(1)LMDS服務區(qū)覆蓋范圍較小，小區(qū)半徑一般在5km左右,不適合遠程用戶使用；(2)不適用于降雨量大的地區(qū)，會受“降雨衰減”效應的限制；(3)不適用于地形、地物變化較大的地方；(4)傳輸質量在無線覆蓋區(qū)邊緣不穩(wěn)定；(5)LMDS仍屬于固定無線通信，缺乏移動靈活性。,一．LMDS系統(tǒng)結構典型的LMDS系統(tǒng)結構由基站、終端站、網管系統(tǒng)組成。,1．基站位于服務區(qū)的中心，負責進行用戶端的覆蓋，可對不同扇區(qū)的多個終端站提供服務；提供與核心網的接口，完成SNI接口與空中無線接口之間信號的處理與變換；并負責LMDS系統(tǒng)無線資源管理?；景ㄊ覂葐卧褪彝鈫卧獌刹糠?。室內單元作為控制器：將來自各個扇區(qū)不同用戶的上行業(yè)務信息進行適配和匯聚復用，送往核心網，同時將來核心網的下行業(yè)務信息分送至各個扇區(qū)。,室外單元作為射頻設備：將中頻信號變換至相應的微波頻段，通過天線發(fā)射出去，或將天線收到的微波信號變換至中頻信號送往基站控制器，基站控制器與室外單元之間通過中頻電纜相連。2．終端站位于用戶駐地。負責將用戶通過無線方式連接至中心站并與骨干網絡相連。他可以提供多種業(yè)務接口，通常有E1，POTS，10/100BaseT，FR，ATM，ISDN，N64kb/s等，可以支持多種應用。,主要任務：終端站設備通過TDM與FDM廣播方式在中心站到終端站的下行鏈路上接收由中心站傳來的數據信息；在終端站到中心站的上行鏈路上利用TDMA或FDMA方式共享整個扇區(qū)帶寬所發(fā)送的用戶信息。終端站包括室內單元和室外單元兩部分。室外單元包括微波收發(fā)器、定向天線。,室內單元包括調制解調單元和用戶接口單元，可提供多種業(yè)務接口，支持多種應用。3．網管系統(tǒng)主要負責管理多個區(qū)域內的用戶網絡，負責完成告警與故障診斷、系統(tǒng)配置、計費、系統(tǒng)性能分析和安全管理等功能?？蓪竞徒K端站設備進行集中監(jiān)控、實現無人值守。二．LMDS主要技術1．調制技術主要有相移鍵控(4PSK又稱QPSK)和正交幅度調制(4QAM、16QAM、64QAM)等。,調制技術越復雜，相同條件下覆蓋的范圍越小。并通過采用自適應調制技術來動態(tài)改變所采用的調制方式，為每個用戶設定最佳的調制方式，以適應基站與終端站之間的環(huán)境和干擾變化。2.無線頻譜規(guī)劃LMDS系統(tǒng)的工作頻段一般為10GHz～40GHz，帶寬通常為1GHz以上，屬于微波頻段。由于該波段的微波在空間直線傳輸，只能實現視距接入，所以在基站和終端站之間的無線傳輸路徑上不能存在任何阻擋。,我國LMDS系統(tǒng)占用頻段為26GHz，按FDD雙工方式規(guī)劃的LMDS工作頻率范圍為24.450～27.000GHz，具體規(guī)定如下：下行射頻(基站發(fā)、終端站收)為24.507～25.515GHz上行射頻(終端站發(fā)、基站收)為25.575～26.765GHz,4．組網技術LMDS系統(tǒng)主要采用多扇區(qū)蜂窩組網技術。通常將一個地區(qū)劃分為若干小區(qū)，一個基站為一個小區(qū)，每個小區(qū)可分為多個扇區(qū)，每個小區(qū)內的基站設備經點到多點無線鏈路與小區(qū)內的用戶端通信。5.多址方式LMDS下行主要采用TDM（時分復用）的方式將信號向相應扇區(qū)廣播，每個用戶終端在特定的頻段內接收屬于自己的信號?；驹O備主要以TDMA和FMDA中的一種接收來自本扇區(qū)內多個遠端用戶的信號。多址方式是指基站設備采用何種辦法正確接收來自本扇區(qū)內多個遠端用戶的信號.,如果采用TDMA方式，則若干遠端站可以在相同頻段的不同時隙向基站發(fā)射信號，需要同步和定時，效率較低(與FDMA比)，需預先分配時隙，支持按需分配帶寬，這種方式更適合為突發(fā)性的數據業(yè)務提供服務，可以實現靈活的帶寬分配，統(tǒng)計復用。比如Internet接入應用比較有優(yōu)勢。如果采用FDMA方式，則相同扇區(qū)中不同遠端在不同頻段上向基站發(fā)射信號，彼此互不干擾。由于這種方式則適合于業(yè)務量大、穩(wěn)定、突發(fā)少的租用線業(yè)務。,三．LMDS提供的業(yè)務(1)話音業(yè)務LMDS系統(tǒng)是一種高容量的點對多點微波傳輸技術，可實現PSTN主干網無線接入,可提供高質量的話音服務。(2)數據業(yè)務LMDS的數據業(yè)務包括低速數據業(yè)務、中速數據業(yè)務、高速數據業(yè)務，支持局域網互連，并支持多種協(xié)議，包括幀中繼、ATM、TCP/IP等。,(3)IP接入業(yè)務LMDS可以直接實現Internet的無線接入，數據傳輸速率為1.2kb/s～155Mb/s，也可以通過ATM交換機間接實現Internet的無線接入。(4)視頻業(yè)務LMDS能提供模擬和數字視頻業(yè)務。如遠程醫(yī)療、高速會議電視、遠程教育、VOD等。應用領域：大客戶的綜合寬帶接入、網吧寬帶接入、公話超市、移動基站互連以及電路出租等。,9.2多路多點分配業(yè)務多路多點分配業(yè)務(MMDS)是一種點對多點分布、提供寬帶接入業(yè)務的無線接入技術.主要用于電視節(jié)目的無線傳輸。MMDS工作頻段主要集中在2GHz～5GHz，可應用于半徑為40km左右的大范圍覆蓋。9.2.1MMDS系統(tǒng)結構一般由基站、用戶站、網管系統(tǒng)組成。一個數字MMDS系統(tǒng)主要由MMDS發(fā)射機、發(fā)射天線和接收天線、機頂盒等設備組成。,1．MMDS發(fā)射機主要任務是將輸入的視頻、音頻和數據信號，經MPEG-2數字壓縮、數字復接和QAM調制、再經過上變頻器后輸出MMDS微波信號。2．天線數字MMDS發(fā)射天線即基站天線，發(fā)射功率一般為500W、800W，覆蓋范圍可40～50km左右.MMDS接收天線即用戶站天線，一般采用比較簡單的屋頂天線，天線尺寸一般為0.5～3.0m，天線形狀一般為矩形柵狀或圓形柵狀。,3．降頻器即降頻變換器,是數字MMDS的下變換器,它將數字MMDS信號變換到射頻數字信號。4．機頂盒數字MMDS機頂盒是數字MMDS接收解碼器。它將數字MMDS的下變換器輸出的RF數字信號轉換成模擬電視機可以接收的信號。,9.2.2MMDS主要技術1．調制技術主要有相移鍵控(4PSK又稱QPSK)和正交幅度調制(4QAM、16QAM、64QAM)等。2．多址技術上行多址方式為TDMA、CDMA，下行復用方式為TMD、FDM方式等。3．無線頻譜規(guī)劃MMDS系統(tǒng)工作頻段主要集中在2GHz～5GHz，這個頻段的資源比較緊張，各個國家能夠分配給MMDS使用的頻率要比LMDS少得多。,我國國家無線電管理委員會規(guī)定：MMDS的工作頻段為2.535GHz～2.599GHz，只有64MHZ帶寬，只能傳送8個PAL-D頻道節(jié)目。4．組網技術MMDS系統(tǒng)為視距傳播，支持多扇區(qū)組網方式。一般情況下采用單基站系統(tǒng)、點到多點應用形式。,9.2.3MMDS提供的業(yè)務MMDS技術是以視距傳輸為基礎的圖像分配傳輸技術，可提供模擬視頻、數字視頻、雙向數據傳輸、Internet接入和電話業(yè)務等，還支持用戶終端業(yè)務、補充業(yè)務、GSM短消息業(yè)務和各種GPRS電信業(yè)務，適合于用戶分布較分散，而業(yè)務需求卻不大的用戶群。【應用實例】MMDS在衛(wèi)星直播電視網中的應用,9.3無線局域網1.概述無線局域網(WLAN)是指以無線電波或紅外線作為傳輸媒質的計算機局域網。無線局域網支持具有一定移動性的終端的無線連接能力，無需布線即可靈活地組成可移動的局域網,是有線局域網的補充.無線局域網的主要應用是作為IP接入網技術，提供高速Internet無線接入業(yè)務。,無線局域網的應用價值體現在：1）可移動性：由于沒有線纜的限制，用戶可以在不同的地方移動工作，網絡用戶不管在任何地方都可以實時地訪問信息。2）布線容易：由于不需要布線，消除了穿墻或過天花板布線的繁瑣工作，因此安裝容易，建網時間可大大縮短。3）組網靈活：無線局域網可以組成多種拓撲結構，可以十分容易地從少數用戶的點對點模式擴展到上千用戶的基礎架構網絡。4）成本優(yōu)勢：在需要頻繁移動和變化的動態(tài)環(huán)境中，無線局域網的投資更有回報。,2.廣泛使用無線局域網的領域移動辦公的環(huán)境：大型企業(yè)、醫(yī)院等移動工作的人員應用的環(huán)境；難以布線的環(huán)境：歷史建筑、校園、工廠車間、城市建筑群、大型的倉庫等不能布線或者難于布線的環(huán)境；頻繁變化的環(huán)境：活動的辦公室、零售商店、售票點、醫(yī)院、以及野外勘測、試驗、軍事、公安和銀行金融等，以及流動辦公、網絡結構經常變化或者臨時組建的局域網；公共場所：航空公司、機場、貨運公司、碼頭、展覽和交易會等；小型網絡用戶：辦公室、家庭辦公室（SOHO）用戶；,3.WLAN協(xié)議1985年，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）授權普通用戶可以使用ISM頻段而把無線局域網推向商業(yè)化發(fā)展。ISM分別取自industrial（工業(yè)）、scientific（科研）及medical（醫(yī)療）的第一個字母，許多工業(yè)、科研和醫(yī)療設備使用的無線頻率集中在該頻段。FCC定義的ISM頻段為902～928MHZ、2.4～2.4835GHZ和5.725～5.875GHZ三個頻段。,IEEE802.11規(guī)范了無線局域網網絡的媒體訪問控制(mediunaccesscontrol-MAC)層及物理(physical-PHY)層。1）IEEE802.11aIEEE802.11a工作在5GHz頻段，數據傳輸速率為6Mb/s～54Mb/s動態(tài)可調，支持語音、數據和圖像業(yè)務，適用室內、室外無線接入。該標準在IEEE802.11基礎上擴充了標準的物理層，可采用正交頻分復用(OFDM)、BPSK、DQPSK、16QAM、64QAM調制方式，可提供無線ATM接口、以太網無線幀結構接口、TDD/TDMA空中接口，一個扇區(qū)可接入多個用戶，每個用戶可帶多個用戶終端。,（2）IEEE802.11bWIFI全稱WirelessFidelity，又稱802.11b標準，工作在2.4GHz頻段，數據傳輸速率可在1Mb/s、2Mb/s、5.5Mb/s、11Mb/s之間自動切換，支持數據和圖像業(yè)務，適用于在一定范圍內移動辦公的要求。該標準在IEEE802.11基礎上擴充了標準的物理層，可采用直接序列擴頻(DSSS)和補碼鍵控(CCK)調制方法；在網絡安全機制上，IEEE802.11b提供了MAC層的接入控制和加密機制，達到與有線局域網相同的安全級別。,(3)IEEE802.11g由于IEEE802.11b和IEEE802.11a工作在不同的頻段上，物理層調制方式也不同,IEEE802.11a不能兼容目前的IEEE802.11b的產品。同時5GHz頻段在許多國家還沒有獲得正式批準，而且11Mbit/s的傳輸滿足不了視頻服務帶寬的需求。IEEE802.11g標準方案在確保兼容現有使用2.4GHz頻帶的IEEE802.11b的同時,實現了54Mbit/s數據傳送速度。2.802.11介質訪問協(xié)議：IEEE802.11無線局域網必須協(xié)調好對共享通信介質（在這里是無線電頻率）的訪問和使用，避免沖突的訪問協(xié)議CSMA/CA。,二．WLAN系統(tǒng)結構WLAN可通過無線電、采取不同網絡結構來實現互連，通常將相互連接的設備稱為站，將無線電波覆蓋的范圍成為服務區(qū)。WLAN中的站有3類：固定站、移動站、半移動站；裝有無線網卡的臺式PC機、裝有無線網卡的筆記本電腦、個人數字助理(PDA)、802.11手機.,無線局域網常用設備1）無線接入點無線接入點（AccessPoint）即通常所說的AP，也被稱為無線訪問點。它是大多數無線網絡的中心設備。無線路由器、無線交換機和無線網橋等設備都是無線接入點定義的延伸，因為它們所提供的最基礎作用仍是無線接入。AP在本質上是一種提供無線數據傳輸功能的集線器，它在無線局域網和有線網絡之間接收、緩沖存儲和傳輸數據，以支持一組無線用戶設備。接入點通常是通過一根標準以太網線連接到有線主干線路上，并通過內置或外接天線與無線設備進行通信。,(2)無線路由器無線路由器是一種帶路由功能的無線接入點，它在家庭及小企業(yè)中經常應用。無線路由器具備無線AP的所有功能，例如支持DHCP、防火墻、支持WEP加密等等，除此之外還包括了路由器的部分功能，如網絡地址轉換（NAT）功能.無線路由器通常包含一個若干端口的交換機，可以連接若干臺使用有線網卡的電腦，從而實現有線和無線網絡的順利過渡。在接入速度上，目前符合11Mbit/s、54Mbit/s的無線路由器產品在市場上都是主流產品。,3）無線網卡使用無線網絡接入技術的網卡可以統(tǒng)稱為無線網卡，它們是操作系統(tǒng)與天線之間的接口，在功能上相當于有線局域網設備中的網卡。無線網卡：由網絡接口卡(NIC)、擴頻通信機和天線組成。NIC：在數據鏈路層負責建立主機與物理層之間的連接.擴頻通信機：通過天線實現無線電信號的發(fā)射與接收。無線網卡是用戶站的收發(fā)設備，一般有USB、PCI、CF和PCMCIA無線網卡。無線網卡支持的WLAN協(xié)議標準有802.11b、802.11a/b、802.11g。,4）天線在無線網絡中，天線可以達到增強無線信號的目的，可以把它理解為無線信號的放大器。天線對空間不同方向具有不同的輻射或接收能力，而根據方向性的不同，天線有全向和定向兩種。全向天線：全向天線由于無方向性，所以多用在點對多點通信的中心臺。定向天線：有一個或多個輻射與接收能力最大方向的天線稱為定向天線。定向天線能量集中，增益相對全向天線要高，適合于遠距離點對點通信，同時由于具有方向性，抗干擾能力比較強。,3．WLAN拓撲結構(1)無中心拓撲結構最簡單的對等互連結構。至少有兩個站，在每個站(STA)的計算機終端均配置無線網卡，終端可以通過無線網卡直接進行相互通信。,特點：無須布線，建網容易，穩(wěn)定性好，但容量有限，只適用于個人用戶站之間互連通信，不能用來開展公眾無線接入業(yè)務。Ad-Hoc對等結構網絡通信中沒有一個信號交換設備，網絡通信效率較低，所以僅適用于較少數量的計算機無線互連(通常是在5臺主機以內)。,(2)有中心拓撲結構包含一個訪問接入點(AP)作為中心站構成星型結構。在AP覆蓋范圍內的所有站點之間的通信和接入Internet均由AP控制。,一個AP一般有兩個接口：即支持IEEE802.3協(xié)議的有線以太網接口和支持IEEE802.11協(xié)議的WLAN接口。不同站點之間不能直接進行相互通信，只能通過AP建立連接，而在Adhoc網絡的BSS中，任一站點可與其它站點直接進行相互通信。網絡易于擴展、便于集中管理、能提供用戶身份驗證；還可針對具體的網絡環(huán)境調整網絡連接速率；,無線AP相當于有線網絡中的交換機，起著集中連接和數據交換的作用。這個AP設備就是用于集中連接所有無線節(jié)點，并進行集中管理的。一般的無線AP還提供了一個有線以太網接口，用于與有線網絡、工作站和路由設備的連接。,AP覆蓋范圍是有限的，室內一般為100m左右，室外一般為300m左右，對于覆蓋較大區(qū)域范圍時，需要安裝多個AP。AP在理論上可支持較多用戶，但實際應用只能支持15～50個用戶，這是因為一個AP在同一時間只能接入一個用戶終端，當信道空閑時，再由其它的用戶終端爭用，如果一個所支持的用戶過多，則網絡接入速率將會降低。,4.WLAN主要技術1．擴頻技術WLAN采用的擴頻技術是跳頻擴頻(FHSS)和直接序列擴頻(DSSS)。其中直接序列擴頻技術因發(fā)射功率低于自然的背景噪聲，具有很強的抗干擾和抗衰落能力，同時，它將傳輸信號與偽隨機碼進行異或運算，具有很高的安全性。2．無線頻譜規(guī)劃WLAN使用的無線傳輸媒質是紅外線和位于工業(yè)、科學、醫(yī)學(ISM)頻段的無線電波。,前者一般用于室內環(huán)境，以視距進行點對點傳播；后者可用于室內環(huán)境和室外環(huán)境，具有一定的穿透能力。在ISM頻段上，可使用的頻段包括：902MHz～928MHz(可用帶寬26MHz)、2.4GHz～2.4835GHz(可用帶寬83.5MHz)、5.725GHz～5.850GHz(可用帶寬125MHz)，主要集中在2.4GHz頻段和5GHz頻段。,3．安全技術(1)擴展服務集標識號(ESSID)WLAN對無線AP設置不同的SSID，只有當用戶站給出的SSID與無線AP的SSID相匹配，才能訪問該AP。從而為無線局域網提供一定的安全性。(2)MAC地址過濾WLAN每個用戶站網卡都由唯一的物理地址(MAC地址)標識，因此可以在無線AP中設置一組允許訪問的MAC地址列表，實現物理地址過濾，控制用戶站無線網卡的訪問。,(3)有線對等加密(WEP)WLAN在鏈路層采用RC4對稱加密技術，用戶的加密鑰匙與AP的密鑰相同才能獲準存取網絡的資源。(4)用戶認證在無線AP中，增加了用戶認證功能，只有通過認證的用戶才能訪問無線網絡。,4．無線漫游技術WLAN中的無線漫游是指在不同的無線AP(SSID)之間，用戶站與新的無線AP建立新的連接，并切斷與原來無線AP連接的接續(xù)過程。無線用戶站可以在整個WLAN覆蓋區(qū)內移動，無線網卡能夠自動發(fā)現附近信號強度最大的無線AP，并通過這個無線AP收發(fā)數據，保持不間斷的網絡連接。,WLAN的組網,通過無線網卡組建無線局域網,點對點模式中的一個節(jié)點必須能同時“看”到網絡中的其他節(jié)點，否則就認為網絡中斷，因此對等網絡只能用于少數用戶的組網環(huán)境，比如2～5個用戶。家庭用戶可以使用Ad-hoc將一個特定的文件快速從一臺計算機移動到另一臺計算機。,2.通過無線AP組建無線局域網,所有的用戶都是通過AP才能轉發(fā)數據包由于無線帶寬為共享帶寬，建議AP可接入20-30個用戶AP覆蓋半徑可達上百米AP可以連接到有線網絡，實現無線網絡和有線網絡的互聯(lián),⑵多個AP模式多AP的應用一般都是出現在企業(yè)中，企業(yè)中應用多個AP，大多都是因為單AP覆蓋面積有限，為了擴展無線網絡的覆蓋范圍，客戶能夠在網絡中無縫漫游的目的。擴展服務區(qū)（ESS）內的每個AP都是一個獨立的無線網絡基本服務區(qū)（BSS），所有AP共享同一個擴展服務區(qū)標示符（ESSID）。相同的ESSID的無線網絡間可以進行漫游。相同或相鄰的信道(Channel)存在相互干擾，有必要將相鄰的AP使用不同的信道.有必要將相鄰的AP使用不同的信道，而且最好信道號間隔5個，這樣干擾最少，如:1、6、11,我國802.11b/g工作頻段在2.4G可用帶寬83.5M劃分13個信道每個信道帶寬為22M,⑶無線網橋模式不同局域網之間互連時，可利用無線網橋的方式實現點對點的連接，無線網橋不僅提供物理層和數據鏈路層的連接，而且還提供高層的路由與協(xié)議轉換.①點對點橋接模式：這種模式多應用于兩個局域網距離并不很遠，但由于中間的地帶有阻礙，不方便布線連接的情況(如隔河相對的兩棟建筑物)。,裝定向天線,它的高集中定向傳輸，適合這種應用環(huán)境，有利于提高信號強度保障穩(wěn)定性。AP之間不要有障礙物阻擋，否則衰減會比較嚴重。,②點對多點橋接模式：這種模式多應用于多個不便布線的建筑物之間互聯(lián),⑷無線中繼模式這種應用多用于兩個局域網相隔比較遠，或者中間有障礙無法直接做橋接的情況.無線中繼器用來在通信路徑的中間轉發(fā)數據，從而延伸系統(tǒng)的覆蓋范圍。,四．WLAN提供的業(yè)務WLAN基本業(yè)務范圍：高速因特網接入、局域網互連、會議電視。WLAN擴展業(yè)務范圍：付費電視、視頻點播、網絡教學、網絡購物、遠程醫(yī)療、IP電話/傳真?！緲I(yè)務實例】中國電信“天翼通”業(yè)務天翼通是中國電信推出的一種基于WLAN技術的寬帶業(yè)務，提供了最后10～100米的無線寬帶接入方式，是中國電信固定寬帶網業(yè)務的延伸，是Internet寬帶接入業(yè)務的補充。,天翼通業(yè)務模式：(1)家庭，不須布線，不破壞裝潢，亦可實現家庭內多臺終端的聯(lián)網，共同上網。(2)辦公區(qū)，可以直接實現高速上網、實現辦公區(qū)內的隨時隨地的移動辦公。(3)公共區(qū)，用戶可在公共場所使用天翼通公共區(qū)上網帳號得到無線上網服務。(4)漫游服務，家庭用戶利用天翼通上網帳號可以實現家庭、公共區(qū)的漫游服務；公共區(qū)用戶也可以實現多個公共區(qū)地點的漫游服務；企業(yè)用戶可以使用家庭或公共區(qū)注冊帳號得到以上的漫游服務。,五．WLAN接入應用實例WLAN在機場接入方案中的應用,【應用實例2】電信運營級WLAN系統(tǒng)建設方案,