第9章 无线城域网接入技术

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张科接入网技术-accnet_第09章 无线城域接入技术

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Access Network
5
固定无线接入网概述
基本结构
一般采用有中心的结构,中心站称为基站 中心站控制所有用户站的接入,同时接入有线网 所有用户站之间不能直接通信,必须通过基站转

用 户 终 端
2021/4/2
用户 单元
基站
Access Network
运营商 网络
6
典型的固定无线接入技术
用户定向天线
一般采用划分扇区,相邻扇区采用交叉极化方式, 频率可重复使用,增加系统容量
扇区角度划分:15o、22.5o、30o、45o、60o、90o 对应扇区数: 24、 16、 12、 8、 6、 4
2021/4/2
Access Network
13
交叉极化示例
2021/4/2
Access Network
用户站SS
用户侧接入设备,可由多个用户终端共享 多个SS共享到BS的无线信道 G接口:连接SS与TE,如以太接口等
用户侧接入设备,可由多个用户终端共享
中继站RS(可选)
目的是扩大覆盖范围
2021/4/2
Access Network
34
mesh 结构
无线mesh网络
多跳无线网络结构 网络中节点功能
推动802.16标准的制定 对不同厂商的芯片和设备进行标准化认证 帮助推动与保证设备的兼容性和互操作性
2021/4/2
Access Network
30
IEEE 802.16 标准概要
概要 标准及演进 系统结构 业务 协议模型
2021/4/2
Access Network
31
系统结构
要某种信道访问机制
用户站

张科《接入网技术》accnet_第09章 无线城域接入技术

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2/24/2019
Access Network
7
早期技术LMDS
LMDS系统概要 LMDS系统结构 LMDS技术特点 LMDS系统的局限

2/24/2019
Access Network
8
LMDS系统概要





LMDS:Local Multipoint Distribution Service 本地多点分配业务 采用点到多点微波传输技术 传输频段:微波范围 10GHz~66GHz 带宽:1.3GHz,享有“无线光纤”之称 覆盖:3~5km(单基站覆盖半径) 多址方式:FDMA、TDMA 调制方式:QPSK、16QAM、64QAM 通信速率:n×64Kbps~155Mbps 支持业务:话音、数据、视频、多媒体综合业务
IEEE 802.16a-2003

增添:运行在2GHz~11GHz的规范 可超视距传输(NLOS),设备成本也较低 技术增强:OFDM、OFDMA、 mesh等
Access Network 25
2/24/2019
标准及演进

IEEE 802.16-2004


IEEE 802.16-2009
Access Network 26
2/24/2019
近期802.16标准发展

当前增补标准

IEEE 802.16j-2009:多跳中继 IEEE 802.16h-2010:免征运行共存机制改进


IEEE 802.16m-2011:先进空中接口

Improved Coexistence Mechanisms for License-Exempt Operation 也称: WirelessMAN-Advanced

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5
典型的固定无线接入技术
早期技术
LMDS (Local Multipoint Distribution Service)
覆盖3-5km,向密集小区或大厦提供高速无线接入
MMDS(Multichannel Multipoint Distribution Service)
覆盖约50km,向城郊的分散用户提供无线接入
采用点到多点微波传输技术 传输频段:微波范围 10GHz~66GHz 带宽:1.3GHz,享有“无线光纤”之称 覆盖:3~5km(单基站覆盖半径) 多址方式:FDMA、TDMA 调制方式:QPSK、16QAM、64QAM 通信速率:n×64Kbps~155Mbps 支持业务:话音、数据、视频、多媒体综合业务
通过G接口连接数据终端,F接口连接核心网络
一个基站控制多个用户站
用户站只能直接与基站(或中继站)通信
用户站之间的通信必须经过基站转发
下行: BS是唯一的发送者
2019/11/8
Access Network
上行: 多个SS共享信道,
需要MAC协议
32
单跳无线网络
PMP结构
2019/11/8
Access Network
26
近期802.16标准发展
当前增补标准
IEEE 802.16j-2009:多跳中继 IEEE 802.16h-2019:免征运行共存机制改进
Improved Coexistence Mechanisms for License-Exempt Operation
第9章 无线城域接入技术
引言 固定无线接入网概述 早期技术LMDS IEEE 802.16 标准概要 IEEE 802.16 MAC层 IEEE 802.16 物理层

张科《接入网技术》accnet第09章 无线城域接入技术

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旨在为集团用户提供固定无线城域接入
多接入用户共享接入设备、室外型定向天线

希望能支持个人用户和游牧用户的接入
希望个人用户独享接入设备(手持设备)
Access Network 22
2019/1/22
IEEE802.16 标准概要
概要 标准及演进 系统结构 业务 协议模型

2019/1/22

2019/1/22
Access Network
3
固定无线接入网概述

概念


无线接入:用户终端到网络节点之间的传输设施,部 分或全部采用无线传输 固定无线接入:用户终端位置基本固定的无线接入 用户终端不具备移动性 对某一特定地域的固定用户提供接入 没有越区切换和漫游的功能 工作频率高,在微波波段 提供高的传输容量和多业务

合并了先前三个版本 工作频段扩大:2—66GHz频段规范 可超视距传输,设备成本也降低 BWA空中接口:MAC/PHY规范 并入:



802.1D增补
IEEE 802.16e-2005:多基站切换、移动 IEEE 802.16f-2005: MIB,固定系统 IEEE 802.16g-2007:移动管理平面 IEEE 802.16k-2007:802.16的桥接

不划分扇区:基站全向天线,用户定向天线 划分扇区:基站多个定向天线,各天线覆盖一个扇区, 用户定向天线 扇区角度划分:15o、22.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱo、30o、45o、60o、90o 对应扇区数: 24、 16、 12、 8、 6、 4
Access Network
2019/1/22
12
交叉极化示例
2019/1/22

第9章无线城域接入技术

第9章无线城域接入技术
第9章 无线城域接入技术
引言 固定无线接入网概述 早期技术LMDS IEEE 802.16 标准概要 IEEE 802.16 MAC层 IEEE 802.16 物理层

2019/4/10
Access Network (2009)
1
引言
BWA技术正在蓬勃发展 无线接入不再是有线接入的简单补充 IEEE802.16标准的发布
5
Access Network (2009)
典型的固定无线接入技术

早期技术

LMDS (Local Multipoint Distribution Service)

覆盖3-5km,向密集小区或大厦提供高速无线接入
MMDS(Multichannel Multipoint Distribution Service)



负责开发宽带无线城域接入规范 以固定城域接入为主 旨在提供电信级的服务和QoS保证
10—66GHz频段MAC层和物理层 2—11GHz频段MAC层和物理层


旨在为集团用户提供固定无线城域接入 希望能支持个人用户和游牧用户的接入
多接入用户共享接入设备、室外型定向天线

希望个人用户独享接入设备(手持设备)

2019/4/10
Access Network (2009)
7
早期技术LMDS
LMDS系统概要 LMDS系统结构 LMDS技术特点 LMDS系统的局限

2019/4/10
Access Network (2009)
8
LMDS系统概要





LMDS:Local Multipoint Distribution Service 本地多点分配业务 采用点到多点微波传输技术 传输频段:微波范围 10GHz~66GHz 带宽:1.3GHz,享有“无线光纤”之称 覆盖:3~5km(单基站覆盖半径) 多址方式:FDMA、TDMA 调制方式:QPSK、16QAM、64QAM 通信速率:n×64Kbps~155Mbps 支持业务:话音、数据、视频、多媒体综合业务

第9章 无线城域网接入技术

第9章  无线城域网接入技术

WiMAX论坛的工作组:
WiMAX论坛现有7个工作组,涉及将WiMAX论坛所认证的产品 推广到市场需要重点关注的多个领域。 1.认证工作组(CWG) 2.技术工作组(TWG) 3.频谱工作组(RWG) 4.市场工作组(MWG) 5.需求工作组(SPWG) 6.应用工作组(AWG) 7.网络工作组(NWG)
R1 BS R6 ASN GW R4 R8 R1 BS R6 R3
BS用于处理IEEE 802.16空中接口,包 括BS和SS两种;
ASN GW主要处理到 CSN的接口功能和 ASN的管理。
图9-4 ASN参考模型
2.连接服务网络
连接服务器网络(CSN)可以由路由器、AAA代理或服务器、 用户数据库、因特网网关设备等组成。 CSN主要功能: 因特网接入,为用户会话连接,给终端分配IP地址;AAA代 理或者服务器,用户计费以及结算;基于用户系统参数的 QoS及许可控制;ASN之间的移动性管理,ASN和CSN之间的隧 道建立和管理;WiMAX服务,如基于位置的服务、组播服务 等。
WiMAX论坛的目标:
1.促进和推动全球WiMAX部署。 2.使WiMAX服务成为宽带无线的选择平台,主导世界市场份 额。 3.发布一个高性能终端对终端的IP网络构架,支持固定、便 携和移动用户。 4.确保WiMAX论坛认证产品能够赢得全球服务提供商的信赖。 5.发展基于IEEE 802.16和ETSI互通的WiMAX模式,服务于全 球市场。 6.通过提供新颖的有竞争力的应用和服务模式来扩大用户需 求。 7.促进良性的知识产权政策。
9.2.3业务及QoS
定义了四种业务类型,并对每种业务类型的带宽请求方式 进行了规定(优先级从高到底): (1)主动授权业务(UGS) (2)实时轮询业务(rtPS) (3)非实时轮询业务(nrtPS) (4)尽力而为(BE)业务

无线城域接入技术

无线城域接入技术

收发信机 网络接口单元
HUB
PBX
04.07.2020
Access Network (2009)
14
早Hale Waihona Puke 技术LMDSLMDS系统概要 LMDS系统结构 LMDS技术特点 LMDS系统的局限
04.07.2020
Access Network (2009)
15
LMDS技术特点
集中控制,便于用户接入管理(基站控制) 上下行不对称
运营商 网络
5
典型的固定无线接入技术
早期技术
LMDS (Local Multipoint Distribution Service)
覆盖3-5km,向密集小区或大厦提供高速无线接入
MMDS(Multichannel Multipoint Distribution Service)
覆盖约50km,向城郊的分散用户提供无线接入
04.07.2020
Access Network (2009)
12
单扇区基站VS多扇区基站
(a)单扇区基站
(b)多扇区基站
04.07.2020
Access Network (2009)
13
用户站结构示意图
一个LMDS用户站可为多个用户终端提供业务
如一幢楼的所有用户终端
用户站 设备
天线 收发信机 网络接口单元NIU
下行带宽为1GHz,上行为300MHz
提供QoS保证,根据业务QoS,申请并分配带宽
双向通信(FDD, Frequency Division Duplex ) 系统容量大:带宽大(1.3GHz),提供容量大 可扩容性强:
可增加每个扇区的载波数(最多可容纳5个载频) 可增加扇区的数量,最多可划分24个扇区

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4G标准候选方案
ITU-R IMT-Advanced,2019-10 LTE-FDD/TDD、WiMAX2 LTE已经得到大多数支持
中国主导:TD-LTE
2019/12/10
Access Network
28
WiMAX
WiMAX (World Interoperability for Microwave Access,全球微波接入互操作 性)
2019/12/10
Access Network
17
早期技术LMDS
LMDS系统概要 LMDS系统结构 LMDS技术特点 LMDS系统的局限
2019/12/10
Access Network
18
LMDS系统局限性
频段为10—66GHz,各个国家根据情况使用其中 的部分频段
要求视距传输 受雨衰、雪衰影响大 技术实现成本相对较高
高轨卫星接入
覆盖广阔的地域,为偏远地区的用户提供无线接入
最新技术
IEEE802.16(重点介绍)
2019/12/10
Access Network
6
第9章 无线城域接入技术
引言 固定无线接入网概述 早期技术LMDS IEEE 802.16 标准概要 IEEE 802.16 MAC层 IEEE 802.16 物理层
引言 固定无线接入网概述 早期技术LMDS IEEE 802.16 标准概要 IEEE 802.16 MAC层 IEEE 802.16 物理层
2019/12/10
Access Network
20
IEEE 802.16 标准概要
概要 标准及演进 系统结构 业务 协议模型
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9.1.2 WiMAX论坛
IEEE 802.16工作组主要针对无线城域网的物理层和MAC层 指定规范和标准。为了形成一个可运营的网络,IEEE 802.16技术必然需要其他部分的支撑,所以类似于WiFi联 盟的WiMAX(World Interoperability for Microwave Acess)论坛应运而生,从此WiMAX成为了IEEE 802.16的 代名词。
• 无线城域网(Wireless Metropolitan Area Network, WMAN)是指以无线方式构成的城域网,提供
面向互联网的高速连接。WMAN既可以使用无线电波也可以 使用红外光波来传送数据,提供给用户以高速访问 Internet的无线访问网络带宽。
9.1.1 无线城域网的形成
无线城域网的推出是为了满足日益增长的宽带无线接入 (Broadband Wireless Access,BWA)市场需求。
9.2.2.3 WiMAX/802.16网络接口
R2 网络接入提供者 (NAP) R6 R1 MSS R8 BS ASN GW BS R3 网络服务提供者 (NSP) CSN
R5 CSN
R4
另一个 ASN
ASP网络或 Internet
图9-5 WiMAX网络开放接口
接口R1至R5为网络工作组初步确定了在Release1规范中定义的开放接 口,接口R6至R8为后续版本中考虑开放的接口。 (1)R1:MSS与ASN之间的接口,可能包含管理平面的功能。 (2)R2:MSS与CSN之间的逻辑接口,提供鉴权、业务授权和IP主机 配置等服务。此外,可能还包含管理和承载平面的移动性管理。 (3)R3:ASN和CSN之间互操作的接口,包括一系列控制和承载平面 的协议。 (4)R4:用于处理ASNGW间移动性相关的一系列控制和承载平面协议。 (5)R5:拜访CSN与归属CSN之间互操作的一系列控制和承载平面协 议。 (6)R6:BS和ASNGW间的互操作接口,属于ASN内的接口,由一系列 控制和承载平面协议构成。 (7)R7:该接口属于ASNGW内部接口,图9-5中没有标注,具体定义 还在讨论之中。 (8)R8:BS之间的接口,用于快速无缝切换功能,由一系列控制和 承载平面协议组成。
9.2.3业务及QoS
定义了四种业务类型,并对每种业务类型的带宽请求方式 进行了规定(优先级从高到底): (1)主动授权业务(UGS) (2)实时轮询业务(rtPS) (3)非实时轮询业务(nrtPS) (4)尽力而为(BE)业务
9.2.4 协议模型
标准范畴
CS SAP 特定服务汇聚子层 M A C MAC SAP 公共部分子层 安全子层
9.2 802.16标准
9.2.1 802.16标准及其演进
表9-1 IEEE 802.16相关标准体系
标准
802.16-2001 802.16.2-2001 802.16c-2002
描述
固定宽带无线接入系统的空中接口 固定宽带无线接入系统共存标准 系统概况(10-66GHz)
状态
过期 过期 过期
TDD上行和下行的传输使用同一频带的双工方式,需要根据时间进 行切换,物理层的时隙被分为发送和接收两部分。
其技术特点有:不需要成对的频率,能使用各种频率资源。上下行 链路业务可以不平均分配。上下行工作于同一频率,电波传播的对 称特性使之便于使用智能天线等新技术,达到提高性能,降低成本 的目的。传输不连续,切换传输方向需要时间和控制,为避免传输 发生冲突,上下行链路需要一个协商传输与时序的过程,为避免发 生传输错误,需要设置一个保护时间来保护传输信号符合传输时延 的要求。
过期 过期 过期 当前在用 已被合并 已被合并 当前在用
802.16j-2009 802.16h-2010 P802.16m-2011
当前在用 当前在用 当前在用
P802.16n-2010 P802.16p-2010 P802.16Rev3-2011
在修订中 在修订中 在修订中
9.2.2 WiMAX/802.16系统结构
WiMAX论坛的目标:
1.促进和推动全球WiMAX部署。 2.使WiMAX服务成为宽带无线的选择平台,主导世界市场份 额。 3.发布一个高性能终端对终端的IP网络构架,支持固定、便 携和移动用户。 4.确保WiMAX论坛认证产品能够赢得全球服务提供商的信赖。 5.发展基于IEEE 802.16和ETSI互通的WiMAX模式,服务于全 球市场。 6.通过提供新颖的有竞争力的应用和服务模式来扩大用户需 求。 7.促进良性的知识产权政策。
WiMAX系统
WiMAX/802.16网络体 系如图9-1所示,包括:
SS TE
网管 SS 核心网 SS BS RS
核心网、 用户基站(SS)、
TE
基站(BS)、
中继站(RS)、 用户终端设备(TE) 和网管。
TE
TE
TE
图9-1 WiMAX网络体系结构
(1)核心网:WiMAX连接的核心网通常为传统交换网或Internet。 WiMAX提供核心网与基站间的连接接口,但WiMAX系统并不包括核 心网。 (2)基站:基站提供用户基站与核心网间的连接,通常采用扇形/定 向天线或全向天线,可提供灵活的子信道部署与配置功能,并根据用 户群体状况不断升级扩展网络。 (3)用户基站:属于基站的一种,提供基站与用户终端设备间的中继 连接,通常采用固定天线,并被安装在屋顶上。基站与用户基站间采 用动态自适应信号调制模式。 (4)中继站:在点对点体系结构中,接力站通常用于提高基站的覆盖 能力,也就是说充当一个基站和若干个用户基站(或用户终端设备) 间信息的中继站。中继站面向用户侧的下行频率可以与面向基站的上 行频率相同,当然也可以采用不同的频率。 (5)用户终端设备:WiMAX系统定义用户终端设备与基站间的连接 接口,提供用户终端设备的接入。但用户终端设备本身并不属于 WiMAX系统。 (6)网管:用于监视和控制网络内所有的基站和用户基站,提供查询、 状态监控、软件下载、系统参数配置等功能。
第9章 无线城域网接入技术
9.1 无线城域网概述
• 城域网(Metropolitan Area Network, MAN)泛
指运营商在城市及郊区范围内提供多种业务的所有网络, 它的传输媒介主要采用光缆,通过各类网关实现语音、数 据图像、多媒体、IP接入和各种增值业务及智能业务,并 与各运营商长途网和PSTN互通的本地综合业务网络。
过期
撤销 已被合并 过期 过期 当前在用
802.16f-2005 802.16-2004/Cor 1-2005 802.16e-2005 802.16k-2007 802.16g-2007 P802.16i 802.16-2009
802.16-2004的管理信息库(MIB) 更正固定业务 (与802.16e-2005共同出版) 综合固定与移动业务在许可频段的物理与MAC层 MAC桥接,用来弥合802.16 (IEEE 802.1D项目的修订) 管理平面的程序和服务 移动管理信息库 (项目合并到 802.16-2009) 固定和移动宽带无线接入系统的空中接口 (合并 802.16-2004, 802.16-2004/Cor 1, 802.16e, 802.16f, 802.16g 和P802.16i) 多跳中继 为免授权经营共存机制的改进 数据传输速率为100Mbit/s(移动)及1Gbit/s(固定)的先进空中 接口。 也被称为移动WiMAX 版本2 或者高级无线城域网 (WirelessMAN-Advanced). 针对4G系统上实现的ITU-R IMT-Advanced的要求。 更高的可用性网络 为进一步支持机对机应用 修改IEEE 802.16标准,包括P802.16h,P802.16j和P802.16m
WiMAX论坛的工作组:
WiMAX论坛现有7个工作组,涉及将WiMAX论坛所认证的产品 推广到市场需要重点关注的多个领域。 1.认证工作组(CWG) 2.技术工作组(TWG) 3.频谱工作组(RWG) 4.市场工作组(MWG) 5.需求工作组(SPWG) 6.应用工作组(AWG) 7.网络工作组(NWG)
FDD上行和下行的传输使用分离的两个对称的频带的双工方式,系统需 根据对称性频带进行划分。
其技术特点有:需要成对的频率,在分离的两个对称的频带上进行发送 和接收,上下行频带之间需要有190MHz的频率间隔。支持对称业务时, 能充分利用上下行的频谱,但在非对称的分组交换(互联网)工作时, 频谱利用率则大大降低(由于低上行负载,造成频谱利用率降低约 40%)。
R1 BS R6 ASN GW R4 R8 R1 BS R6 R3
BS用于处理IEEE 802.16空中接口,包 括BS和SS两种;
ASN GW主要处理到 CSN的接口功能和 ASN的管理。
图9-4 ASN参考模型
2.连接服务网络
连接服务器网络(CSN)可以由路由器、AAA代理或服务器、 用户数据库、因特网网关设备等组成。 CSN主要功能: 因特网接入,为用户会话连接,给终端分配IP地址;AAA代 理或者服务器,用户计费以及结算;基于用户系统参数的 QoS及许可控制;ASN之间的移动性管理,ASN和CSN之间的隧 道建立和管理;WiMAX服务,如基于位置的服务、组播服务 等。
2.载波带宽
IEEE 802.16并未规定具体的载波带宽,系统可以采用从1.25MHz一20MHz 之间的带宽。
3.OFDM和OFDMA
(1)正交频分复用OFDM
OFDM是一种多载波数字调制技术。它的基本思想是在频域内将给定信 道分成许多正交子信道,在每个子信道上使用一个子载波进行调制,并且 各个子载波并行传输。这样,尽管总的信道是非平坦的,具有频率选择性, 但是每个子信道是相对平坦的,在每个子信道上进行的是窄带传输,信号 带宽小于信道的相干带宽,因此可以大大消除信号波形间的干扰。OFDM技 术相对于一般的多载波传输技术不同之处在于它允许子载波频谱部分重叠, 只要满足子载波间相互正交,则可以从混叠的子载波中分离出数据信号。
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