无线传输与接入技术第六章 无线城域网
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无线局域网接入技术精选全文完整版
适应于几百米范围的固定或移动PC机的无线 接入
无线局域网的概述
无线局域网的功能
为小范围内固定或移动站点提供无线数据通信
无线局域网的环境及面临的问题
有限的带宽
2.4GHz无需申请频带，非常拥挤 5GHz频带
共享信道
多个站点共享同一信道 数据通信具有广播的特点 两个或以上站点同时发送会发生冲突 如何避免冲突、如何分解冲突是WLAN面临的问题之一
BSS是一个基本的WLAN的单元网络
为一组站点提供通信服务
在一个BSS内，各站点可直接通信（对等），或只 能通过一跳中继实现站点之间的通信（AP)
每个BSS都有一个ID，称为BSSID
不同的BSS之间的站点不能直接通信
BSS与ESS（续）
ESS
ESS:Extended Service Set ，扩展服务组
点协调功能 PCF，是一种集中控制方式，站点之间的通信基于轮询的 方式，一种无竞争的方式
关联 认证与加密 帧的分段与重装
无线信道易受干扰，短帧有利于提供传输的成功率 分段功能是802.11的一个可选项
IEEE802.11标准体系 ——BSS与ESS
BSS
BSS
Basic Service Set ,基本服务组
WLAN环境面临的问题（续）
移动带来不定因素
移动中通信链路变化 拓扑变化 加上不定的信道干扰 如何保持站点移动时的连续通信是WLAN面临的问题之一
提高抗干扰能力 安全性问题
防止非法用户的接入 防止恶意的获取他人个人信息
WLAN的网络结构
无中心－对等结构（ad－hoc）
B
A
C
D 频率f E
载波侦听
物理层载波侦听
可以通过检测信号能量，判定信道的忙闲状态
无线局域网的概述
无线局域网的功能
为小范围内固定或移动站点提供无线数据通信
无线局域网的环境及面临的问题
有限的带宽
2.4GHz无需申请频带，非常拥挤 5GHz频带
共享信道
多个站点共享同一信道 数据通信具有广播的特点 两个或以上站点同时发送会发生冲突 如何避免冲突、如何分解冲突是WLAN面临的问题之一
BSS是一个基本的WLAN的单元网络
为一组站点提供通信服务
在一个BSS内，各站点可直接通信（对等），或只 能通过一跳中继实现站点之间的通信（AP)
每个BSS都有一个ID，称为BSSID
不同的BSS之间的站点不能直接通信
BSS与ESS（续）
ESS
ESS:Extended Service Set ，扩展服务组
点协调功能 PCF，是一种集中控制方式，站点之间的通信基于轮询的 方式，一种无竞争的方式
关联 认证与加密 帧的分段与重装
无线信道易受干扰，短帧有利于提供传输的成功率 分段功能是802.11的一个可选项
IEEE802.11标准体系 ——BSS与ESS
BSS
BSS
Basic Service Set ,基本服务组
WLAN环境面临的问题（续）
移动带来不定因素
移动中通信链路变化 拓扑变化 加上不定的信道干扰 如何保持站点移动时的连续通信是WLAN面临的问题之一
提高抗干扰能力 安全性问题
防止非法用户的接入 防止恶意的获取他人个人信息
WLAN的网络结构
无中心－对等结构（ad－hoc）
B
A
C
D 频率f E
载波侦听
物理层载波侦听
可以通过检测信号能量，判定信道的忙闲状态
接入网技术-无线接入技术
3、信道中障碍物的移动速度
如果信道中有移动的物体，那么这些物体也同样 会造成多径信号的Doppler频移的差异。如果物体的 移动速度要大于接收天线的移动速度，那么就要考 虑这些移动物体的影响，如果是小于接收天线的速 度，那么移动物体所造成的影响可以忽略不计。
4、信号的带宽
多径信道可以看成是一个时变系统，它的带宽 可以用相干带宽表示。如果信号的带宽大于多径信 道的带宽，那么接收信号就会失真，但是接收信号 的能量在很小的范围内变化不是很大（也就是衰落 现象并不严）。如果发射信号的带宽与信道相比是 窄带的，那么信号的幅度变化会很快。
6.1.2 衰落与多径传播
多径传播的概念： 在无线信道中，电磁波传播时由于各种
反射、衍射和散射，会产生大量的传播路径。 在接收端来自不同方向、通过不同传播路径 的电磁波经由同一天线接收，会在天线处通 过矢量叠加得到合成信号，形成多径传播。
衰落的含义：
相隔距离不远的两个同类接收机，接收到的 多径传播的电磁波的相位差异会很大，叠加后信 号强度相差几十个分贝。对于移动通信系统中的 移动台来说，可以在很短的时间内快速地跨越很 短的距离，所接收的能量会起伏不定，呈现明显 的随机波动现象，这种现象就称为衰落。
d
二、多径传播
1、时延扩展（时间扩散参数） 由于多径反射，发射天线发出的无线信号沿不
同路径传播到接收机处时每条路径长度不同，信号 到达接收机时间也不同，因而信号轮廓不清或被扩 展，这种现象称为时延扩展。
时间扩展特性通常用平均时延扩展（ d ）和时 延扩展的均方根（τdrms）来定量描述。
d
平均时延扩展（ d）为：
对运动会引起Doppler频移。频移的大小与相对运
动速度和运动方向以及载波频率有关。具体公式如
如果信道中有移动的物体，那么这些物体也同样 会造成多径信号的Doppler频移的差异。如果物体的 移动速度要大于接收天线的移动速度，那么就要考 虑这些移动物体的影响，如果是小于接收天线的速 度，那么移动物体所造成的影响可以忽略不计。
4、信号的带宽
多径信道可以看成是一个时变系统，它的带宽 可以用相干带宽表示。如果信号的带宽大于多径信 道的带宽，那么接收信号就会失真，但是接收信号 的能量在很小的范围内变化不是很大（也就是衰落 现象并不严）。如果发射信号的带宽与信道相比是 窄带的，那么信号的幅度变化会很快。
6.1.2 衰落与多径传播
多径传播的概念： 在无线信道中，电磁波传播时由于各种
反射、衍射和散射，会产生大量的传播路径。 在接收端来自不同方向、通过不同传播路径 的电磁波经由同一天线接收，会在天线处通 过矢量叠加得到合成信号，形成多径传播。
衰落的含义：
相隔距离不远的两个同类接收机，接收到的 多径传播的电磁波的相位差异会很大，叠加后信 号强度相差几十个分贝。对于移动通信系统中的 移动台来说，可以在很短的时间内快速地跨越很 短的距离，所接收的能量会起伏不定，呈现明显 的随机波动现象，这种现象就称为衰落。
d
二、多径传播
1、时延扩展（时间扩散参数） 由于多径反射，发射天线发出的无线信号沿不
同路径传播到接收机处时每条路径长度不同，信号 到达接收机时间也不同，因而信号轮廓不清或被扩 展，这种现象称为时延扩展。
时间扩展特性通常用平均时延扩展（ d ）和时 延扩展的均方根（τdrms）来定量描述。
d
平均时延扩展（ d）为：
对运动会引起Doppler频移。频移的大小与相对运
动速度和运动方向以及载波频率有关。具体公式如
第6章 宽带无线接入技术(杨威)
蓝牙
子设备的连接
工作频段
2.4GHz
37
6.5.2 协议栈模型
U
SS
BS
U
SS
固定用户终端
IB
BS
基站
A
RNC
无线网络控制器
38
适配上层协议
系统接入、带宽分配、 连接建立、连接维护
加密、鉴权、密钥
特定服务汇聚子层 公共部分子层 安全子层 物理层
MAC
39
6.5.3 物理层规范 （1） 10~66GHz 视距传输 覆盖面积小
64QAM、甚至256QAM。
41
6.5.5 WiMAX组网技术 1. IEEE 802.16演进策略
IEEE 802.16-2004
IEEE 802.16e
固定接入， 联合组网， 对高速数据
的补充
第一阶段
42
固定、便携式 和低速移动接 入，联合组网， 部分地区独立 组建小型独立 网络，支持实 时和非实时数
11~54Mbit/s
20
2. 无线局域网标准 IEEE 电气和电子工程师学会（美国）
（Institute for Electrical and Electronics Engineers）
IEEE 802.11系列WLAN标准。
21
6.4.2 IEEE 802.11体系结构 1.网络参考模型
用 户
户
空中接口
WT
WA
WP
AS
AAA
STA
端网站
AP
接入点
AC WB 接入控制器
WS
服务器
认证计费服务器
基于Web的认证系统架构
28
2.计费要求 3.漫游要求
《无线接入技术》PPT课件
28
接力站 RS ： 作为系统实现的可选项，用以转发中心站和终端站之间的
信号，以延长中心站和终端站之间的距离。
网管系统： 用以完成设备基本的配置、故障管理、性能管理、安全管理
以及计费信息的采集，实现集中维护管理。
29
3.5GHz固定无线接入的功能
一、业务支持能力
（1）面向连接业务 该业务主要针对传统电路方式的业务。主要有普通
3、码分多址 CDMA CDMA 是使用扩展频谱技术的一种多址技术。利用扩展
频谱的多址性在发送端各用户的扩频编码，即用互不相同的、 相互正交或准正交的地址码来调制所发送的信号；在接收端 利用地址码的正交性或准正交性通过相关检测从混合信号中 选出相应的信号。
18
4、空分多址（SDMA） 通过控制用户的空间辐射能量来提供多址接入能力的，
1、衰落：对于移动台（可简单视为每一位手机用户），它可以在 极短时间内跨越很短的距离，因此造成所接收的能量不 均衡，呈随机波动现象，这种现象称为衰落。 其中，能量波动变化快的称为快衰落； 能量波动变化快的称为慢衰落。
原因：（1）多径传播 （2）移动台的移动速度 （3）信道中障碍物的移动速度 （4）信号的带宽
2
6.1.1 反射、衍射和散射
反射：电磁波在无线信道中传播时，视线方向上的障碍物的尺寸 大于波长，电磁波发生反射。
衍射：如果障碍物断面尖锐，即便收发天线之间没有视觉路径存 在，电磁波信号依然能越过障碍物到达接收天线。
散射：电磁波的介质中，如果充满了远小于波长的障碍物，电磁 波将发生散射。
3
6.1.2 衰落与多径传播
相干带宽是频率范围内的统计测量值。在该频率范围内接收机 接收到的各个信号受到的影响近乎相同。频率范围之外接收到 的各个信号受到的影响大不一样。它与时延扩展成反比。
接力站 RS ： 作为系统实现的可选项，用以转发中心站和终端站之间的
信号，以延长中心站和终端站之间的距离。
网管系统： 用以完成设备基本的配置、故障管理、性能管理、安全管理
以及计费信息的采集，实现集中维护管理。
29
3.5GHz固定无线接入的功能
一、业务支持能力
（1）面向连接业务 该业务主要针对传统电路方式的业务。主要有普通
3、码分多址 CDMA CDMA 是使用扩展频谱技术的一种多址技术。利用扩展
频谱的多址性在发送端各用户的扩频编码，即用互不相同的、 相互正交或准正交的地址码来调制所发送的信号；在接收端 利用地址码的正交性或准正交性通过相关检测从混合信号中 选出相应的信号。
18
4、空分多址（SDMA） 通过控制用户的空间辐射能量来提供多址接入能力的，
1、衰落：对于移动台（可简单视为每一位手机用户），它可以在 极短时间内跨越很短的距离，因此造成所接收的能量不 均衡，呈随机波动现象，这种现象称为衰落。 其中，能量波动变化快的称为快衰落； 能量波动变化快的称为慢衰落。
原因：（1）多径传播 （2）移动台的移动速度 （3）信道中障碍物的移动速度 （4）信号的带宽
2
6.1.1 反射、衍射和散射
反射：电磁波在无线信道中传播时，视线方向上的障碍物的尺寸 大于波长，电磁波发生反射。
衍射：如果障碍物断面尖锐，即便收发天线之间没有视觉路径存 在，电磁波信号依然能越过障碍物到达接收天线。
散射：电磁波的介质中，如果充满了远小于波长的障碍物，电磁 波将发生散射。
3
6.1.2 衰落与多径传播
相干带宽是频率范围内的统计测量值。在该频率范围内接收机 接收到的各个信号受到的影响近乎相同。频率范围之外接收到 的各个信号受到的影响大不一样。它与时延扩展成反比。
《无线城域网》课件
安全更新和补丁管理
及时更新系统和软件补丁，修复已知 的安全漏洞，提高系统安全性。
合规性和风险管理
遵守相关法律法规和标准要求，建立 完善的安全管理制度和风险应对机制 。
04
无线城域网的市场与竞争
无线城域网的市场规模
市场规模
随着城市化进程的加速和信息技术的不断发展，无线城域网的市场规模持续扩大。根据市场研究报告，未来几年 内，全球无线城域网市场规模将以年复合增长率超过10%的速度增长。
企业与机构
企业、学校、医疗机构等机构可以利用无线城域网实现高 速数据传输和宽带接入，提高工作效率和信息化水平。
智慧城市
无线城域网可以作为智慧城市的重要组成部分，支持城市 基础设施监控、智能交通、环境监测等领域的应用，提升 城市管理和服务水平。
移动办公与娱乐
无线城域网支持移动办公和娱乐应用，如在线视频会议、 在线教育、流媒体服务等，提供便捷的无线接入体验。
增长动力
无线城域网市场规模增长的主要动力来自于城市化进程中对于高速、可靠、低延迟的无线通信网络的需求，以及 政府和企业对于数字化转型和智慧城市建设的投入。
无线城域网的竞争格局
竞争者类型
无线城域网的竞争者主要包括电信运营商、设备制造商、系统集成商等。这些竞争者在技术研发、产 品创新、市场拓展等方面展开激烈的竞争。
注和提升。未来的无线城域网将采用更加先进的安全技术，保障网络的
安全稳定运行。
05
无线城域网的案例与实践
成功案例一：某城市的无线城域网建设
总结词
大规模覆盖、高带宽现了全市范围的高速互联网覆盖，提供了高带 宽、低延迟的网络服务，满足了市民和企业的各类需求，提升了城市的信息化 水平。
核心网则由一系列网络设备和系统组 成，包括路由器、交换机、服务器等 ，用于实现数据的交换、路由和管理 。
无线移动网技术课件第6章_无线城域网
NRTPS) ❖ 尽力而为(Best Effort，BE)
6.3.2 QoS框架和交互机制
6.4 802.16系统的移动性
❖ IEEE 802.16e是基于IEEE 802.16d标准的， 能够后向兼容IEEE 802.16d的功能
❖ 为了支持移动性，其工作频段为2~66Hz，支 持车速移动(通常认为是120km/h)。
❖ 在物理层技术方面，802.16e除了支持单载波 方式、OFDM方式、OFDMA方式以外，还对 OFDMA方式进行了扩展。
6.5 WiMax无线网络
❖ 在WiMax无线网络的构建中，接入网的主要组网
设备是基站。这些基站分为中心站和远端站。远
端站根据实际的应用位置又分为室内远端站和室
外远端站。如图5-1所示是WiMax组网的基本拓
区分服务； WiFi依靠IEEE 802.11e标准。
14
IEEE802.16(WiMax)工作场景
❖ WiMax系统组成
①WiMax发射塔 ②WiMax接收机
WiMax发射塔
15
WiMax接收机
6.2 802.16的物理层
❖ IEEE 802.16的物理层既可以支持单载波又可以支 持多载波，即支持OFDM技术。
IEEE 802.16的物理层规范
规范名称 WirelessMAN-SC
应用频段 10~66GHz
WirelessMAN-SCa
2~11GH2
WirelessMAN-OFDM 2~11GH2
WirelessMANOFDMA
2~1lGH2
可选技术
AAS，ARQ， STC
AAS，ARQ， Mesh，STC
❖ 802.16系列协议中各协议的MAC层功能基本 相同，差别主要体现在物理层上。物理层协 议主要解决与工作频率、带宽、数据传输率、 调制方式、纠错技术以及收发信机同步有关 的问题。
6.3.2 QoS框架和交互机制
6.4 802.16系统的移动性
❖ IEEE 802.16e是基于IEEE 802.16d标准的， 能够后向兼容IEEE 802.16d的功能
❖ 为了支持移动性，其工作频段为2~66Hz，支 持车速移动(通常认为是120km/h)。
❖ 在物理层技术方面，802.16e除了支持单载波 方式、OFDM方式、OFDMA方式以外，还对 OFDMA方式进行了扩展。
6.5 WiMax无线网络
❖ 在WiMax无线网络的构建中，接入网的主要组网
设备是基站。这些基站分为中心站和远端站。远
端站根据实际的应用位置又分为室内远端站和室
外远端站。如图5-1所示是WiMax组网的基本拓
区分服务； WiFi依靠IEEE 802.11e标准。
14
IEEE802.16(WiMax)工作场景
❖ WiMax系统组成
①WiMax发射塔 ②WiMax接收机
WiMax发射塔
15
WiMax接收机
6.2 802.16的物理层
❖ IEEE 802.16的物理层既可以支持单载波又可以支 持多载波，即支持OFDM技术。
IEEE 802.16的物理层规范
规范名称 WirelessMAN-SC
应用频段 10~66GHz
WirelessMAN-SCa
2~11GH2
WirelessMAN-OFDM 2~11GH2
WirelessMANOFDMA
2~1lGH2
可选技术
AAS，ARQ， STC
AAS，ARQ， Mesh，STC
❖ 802.16系列协议中各协议的MAC层功能基本 相同，差别主要体现在物理层上。物理层协 议主要解决与工作频率、带宽、数据传输率、 调制方式、纠错技术以及收发信机同步有关 的问题。
《无线城域网》课件
物联网时代的无线城域网
物联网技术的发展将推动无线城域网向更大规模、更低成本、更灵活的方向发展， 实现更广泛的设备连接和智能化管理。
无线城域网将与物联网技术深度融合，实现设备间的无缝连接和协同工作，提升生 产效率和生活品质。
无线城域网在物联网时代将面临安全和隐私保护的挑战，需要加强安全防护和隐私 保护措施。
数据篡改
03
攻击者篡改传输中的数据，导致数据损坏或丢 失。
拒绝服务攻击
04
通过大量请求或恶意流量，使无线城域网无法 正常提供服务。
无线城域网的安全防护
加密技术
采用WPA2等加密技术 ，确保无线传输过程中
的数据安全。
访问控制
设置无线网络的访问控 制列表，限制未经授权
的设备接入。
防火墙
部署防火墙，防止恶意 攻击和非法访问。
云计算时代的无线城域网
云计算技术的发展将推动无线城 域网向云化、虚拟化、服务化的 方向发展，实现资源的动态管理
和按需服务。
无线城域网将与云计算技术结合 ，为用户提供更加灵活、高效、 可靠的网络服务，降低运营成本
和维护难度。
无线城域网在云计算时代需要适 应云计算的特点和需求，提升网 络性能和可靠性，满足云计算应
无线城域网的管理工具
01
网络管理软件
用于监控网络状态
、设备性能和故障
02
排除等。
安全审计工具
定期对网络进行安 全漏洞扫描和评估
。
04
无线信号分析工具
检测和定位无线信
03
号，确保网络的正
常运行和安全。
网络流量分析工具
分析网络流量，发 现异常行为和潜在
威胁。
05
无线城域网的未来发展
3.3无线城域网技术
• 优点： I. 传输距离远，接入速度高。 • II. 接入灵活，系统容量大。 • III. 提供广泛的多媒体通信服务。 • IV. 互操作性好。 • V. 应用范围广。
IEEE 802.16的优势 ：
• • •
I. 速度更快，覆盖面更广。
II. 可扩展性更强。
III. 实现了更好的QoS。
•
IV. 节约网络建设成本。
WIMAX：全球微波互联接入，提供面向互联网的高速连接。它是一项新 兴的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接，数据传输距离 最远可达50KM。该技术以IEEE 802.16的系列宽频无线标准为基础。
802.16指在过去的几年里，宽带无线接入系统已经引 起了人们的广泛关注，宽带无线接入（BWA）系统采 用了点对多点的网络结构形式，支持话音、数据以及 视频业务。
• IEEE 物理层。
一个MAC 层（数据链路层）和汇聚层。
IEEE 802委员会于1999年成立了802.16工作组来专门开发宽带无线接入标准。IEEE 802.16负责为宽 带无线接入的无线接口及其相关功能制定标准
•
WiMAX曾被认为是最好的一种接入蜂窝网络，让用户能够便捷地在任何地方 连接到运营商的的宽带无线网络，并且提供优于Wi-Fi的高速宽带互联网体验。 它是一个新兴的无线标准。 用户还能通过WiMAX进行订购或付费点播等业务， 类似于接收移动电话业务。
•
WiMAX是一种城域网(MAN)技术。 运营商部署一个信号塔，就能得到超数英 里的覆盖区域。 覆盖区域内任何地方的用户都可以立即启用互联网连接。和 Wi-Fi一样，WiMAX也是一个基于开放标准的技术，它可以提供消费者所希望 的设备和服务,它会在全球经济范围内创造一个开放而具有竞争优势的市场。
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OFDM是多载波传输的一种特例。多载波传输是把数据流分解 成若干比特流，这样每个子数据流速率得以降低，用这样的低比 特速率形成的低速率符号再去调制相应的子载波，从而构成多个 低速率符号并行发送的传输系统。 OFDMA是一种基于OFDM技术的多址接入方式，它是利用OFDM中 子载波形成的子信道来划分不同用户的接入地址，从而实现对多 个用户上、下行信道分别实现数据流的传输。 （1）OFDMA参数。基本参数与OFDM相同 （2）OFDMA的数据单位。OFDMA系统中的数据单位也要从时域 和频域两方面进行定义。在频域上，带宽的调度是以子信道为单 位进行的。在时域上，OFDMA符号是最小调度单位。
图6-7
6.2 WiMAX网络及其系统协议框架
图6-8 图6TDD
FDD（频分双工）和TDD（时分双工）是蜂窝移动通信系统中 两种典型的双工方式。 （1）TDD方式下的OFDM帧结构。OFDM物理层支持基于帧的传输， 如图6-12所示。 （2）FDD方式下的OFDM帧结构。如图6-13所示。 与TDD模式类似，下行子帧同样是以前导码开始，随后是控制 信息以及一个一个数据突发包。与TDD方式不同的是，这些下行突 发包可以发送给不同类型的用户站SS。 （3）TDD方式下OFDMA帧结构。如图6-7所示 总之，从信道估计和同步角度分析，与TDD工作模式相比， FDD模式更适合于OFDM系统；而TDD系统具有更大的灵活性。所以 FDD模式和TDD模式各自具有不同的特点。
2. 连接服务器网络
连接服务器网络（CSN）由路由器、AAA代理服务器、用户数 据库、因特网网关等设备组成。它的主要功能包括因特网接入， 用户计费和结算，基于用户系统参数的QoS许可控制，ASN之间的 移动性管理，ASN和核心网之间、ASN与CSN之间的隧道建立与管理， 以及基于位置的服务和组播服务等。
第六章 无线城域网
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 WiMAX的基本概念及特点 WiMAX网络及其系统协议框架 WiMAX关键技术 移动性能管理 WiMAX的业务应用
6.1 WiMAX的基本概念及特点
WiMAX（World Interoperability for Microwave Access） 是一种可用于城域网的宽带无线接入技术。
6.1 WiMAX的基本概念及特点
2. WiMAX接入端组网方式
在WiMAX中可支持3种接入组网方式：点到点（P2P）、点到多 点（PMP）和Mesh组网方式。 （1）点到点宽带无线接入方式 （2）点到多点宽带无线接入方式 （3）Mesh组网方式：Mesh应用模式采用多个用户站SS以往状 网的方式扩大无线覆盖，其中有一个基站直接与城域网相连接， 而其他基站通过无线链路与该业务接入点（网关）连接，进而接 入互联网。
6.3 WiMAX关键技术
（3）OFDMA数据映射。在OFDMA系统中，上、下行链路的数据 映射过程有所不同。在其下行信道中，通常按以下步骤将数据映 射到OFDMA数据域。 （4）帧结构。图6-7所示为IEEE 802.16e定义的帧结构。 （5）OFDMA子载波应用模式。在OFDMA的符号结构中，存在3种 不同用途的子载波，分别适用于传输数据的数据子载波、用于信 道估计和同步的前导子载波和用于保护频带的空子载波，如图6-9 所示。
6.2 WiMAX网络及其系统协议框架
3. 网络参考点
各参考点的位置如图6-4所示。
图6-2
6.2 WiMAX网络及其系统协议框架
图6-3
6.2 WiMAX网络及其系统协议框架
图6-4
6.2 WiMAX网络及其系统协议框架
6.2.3 WiMAX协议栈
图6-5所示为WiMAX 802.16网络的协议栈参考模型。WiMAX 802.16系统由数据/控制平面与管理平面构成。其中管理平面中定 义的是能够与数据/控制平面中的实体进行交互的管理实体，它们 通过与外部的网络管理系统的协作工作，完成相关管理功能。数 据/控制平面主要负责保证的正确传输，因此除具有传输功能外， 还需要具有一些控制机制以保障传输的顺利进行。 WiMAX 802.16 标准定义了媒体接入控制（MAC）层和物理（PHY）层的规范。其 中MAC层又分为3个子层，分别是面向特定业务的汇聚子层（CS）、 MAC公共部分子层（MAC CPS）和安全子层。 协议栈的数据单元映射关系如图6-6所示。 WiMAX网络与其他网络的不同之处在于其中引入了联合优化的 思想，MAC层可通过物理层的SAP来收集相关信息，进而了解当前 网络的传输状态，便于对相关参数进行调整，甚至可以通过物理 层的SAP向物理层传输一些控制指令。
6.2 WiMAX网络及其系统协议框架
图6-5
6.2 WiMAX网络及其系统协议框架
图6-6
6.3 WiMAX关键技术
6.3.1 WiMAX物理层关键技术
WiMAX物理层支持多种新技术，如OFDM/OFDMA、FDD/TDD、自 适应编码调制、功率控制、同步、MIMO-OFDM。
1. OFDM/OFDMA
6.2 WiMAX网络及其系统协议框架
6.2.2 网络参考模型
WiMAX网络可分为不支持漫游的和支持漫游的网络结构，如图 6-2和图6-3所示。与图6-2相比，图6-3中增加了CSN之间的R5参考 点。需要说明的是，WiMAX规范不定义CSN和ASP之间的接口。
1. 接入服务网络
接入服务网络（ASN）由基站BS和接入网关（ASN GW）组成， 如图6-4中所示。可见ASN可以与多个CSN相连接，可为不同网络服 务提供商NSP的CSN提供无线接入服务。
1. WiMAX标准进展 2. IEEE 802.16的特点
（1）开销及投资成本小。 （2）应用频段非常宽。 （3）频谱利用率高。 （4）抗干扰方面优势明显。 （5）课实现现长距离下的高速接入。 （6）提供有效的QoS控制。
6.2 WiMAX网络及其系统协议框架
6.2.1 WiMAX网络
WiMAX网络结构如图6-1所示。
图6-1
6.1 WiMAX的基本概念及特点
1. WiMAX核心网络
WiMAX核心网络具有如下功能： （1）可满足不同业务及应用的QoS需求，充分利用端到端的网 络资源。 （2）具有可扩展性、伸缩性、灵活性和鲁棒性，能够满足电 信级组网要求。 （3）支持终端用户固定式、游牧式、便携式、简单移动和全 移动接入能力。 （4）具有移动性管理功能，如呼叫、位置管理、异构网络间 的切换、安全性管理和全移动模式下的QoS保障。 （5）支持与现有的3GPP/3GPP2/DSL等系统的互联。
图6-7
6.2 WiMAX网络及其系统协议框架
图6-8 图6TDD
FDD（频分双工）和TDD（时分双工）是蜂窝移动通信系统中 两种典型的双工方式。 （1）TDD方式下的OFDM帧结构。OFDM物理层支持基于帧的传输， 如图6-12所示。 （2）FDD方式下的OFDM帧结构。如图6-13所示。 与TDD模式类似，下行子帧同样是以前导码开始，随后是控制 信息以及一个一个数据突发包。与TDD方式不同的是，这些下行突 发包可以发送给不同类型的用户站SS。 （3）TDD方式下OFDMA帧结构。如图6-7所示 总之，从信道估计和同步角度分析，与TDD工作模式相比， FDD模式更适合于OFDM系统；而TDD系统具有更大的灵活性。所以 FDD模式和TDD模式各自具有不同的特点。
2. 连接服务器网络
连接服务器网络（CSN）由路由器、AAA代理服务器、用户数 据库、因特网网关等设备组成。它的主要功能包括因特网接入， 用户计费和结算，基于用户系统参数的QoS许可控制，ASN之间的 移动性管理，ASN和核心网之间、ASN与CSN之间的隧道建立与管理， 以及基于位置的服务和组播服务等。
第六章 无线城域网
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 WiMAX的基本概念及特点 WiMAX网络及其系统协议框架 WiMAX关键技术 移动性能管理 WiMAX的业务应用
6.1 WiMAX的基本概念及特点
WiMAX（World Interoperability for Microwave Access） 是一种可用于城域网的宽带无线接入技术。
6.1 WiMAX的基本概念及特点
2. WiMAX接入端组网方式
在WiMAX中可支持3种接入组网方式：点到点（P2P）、点到多 点（PMP）和Mesh组网方式。 （1）点到点宽带无线接入方式 （2）点到多点宽带无线接入方式 （3）Mesh组网方式：Mesh应用模式采用多个用户站SS以往状 网的方式扩大无线覆盖，其中有一个基站直接与城域网相连接， 而其他基站通过无线链路与该业务接入点（网关）连接，进而接 入互联网。
6.3 WiMAX关键技术
（3）OFDMA数据映射。在OFDMA系统中，上、下行链路的数据 映射过程有所不同。在其下行信道中，通常按以下步骤将数据映 射到OFDMA数据域。 （4）帧结构。图6-7所示为IEEE 802.16e定义的帧结构。 （5）OFDMA子载波应用模式。在OFDMA的符号结构中，存在3种 不同用途的子载波，分别适用于传输数据的数据子载波、用于信 道估计和同步的前导子载波和用于保护频带的空子载波，如图6-9 所示。
6.2 WiMAX网络及其系统协议框架
3. 网络参考点
各参考点的位置如图6-4所示。
图6-2
6.2 WiMAX网络及其系统协议框架
图6-3
6.2 WiMAX网络及其系统协议框架
图6-4
6.2 WiMAX网络及其系统协议框架
6.2.3 WiMAX协议栈
图6-5所示为WiMAX 802.16网络的协议栈参考模型。WiMAX 802.16系统由数据/控制平面与管理平面构成。其中管理平面中定 义的是能够与数据/控制平面中的实体进行交互的管理实体，它们 通过与外部的网络管理系统的协作工作，完成相关管理功能。数 据/控制平面主要负责保证的正确传输，因此除具有传输功能外， 还需要具有一些控制机制以保障传输的顺利进行。 WiMAX 802.16 标准定义了媒体接入控制（MAC）层和物理（PHY）层的规范。其 中MAC层又分为3个子层，分别是面向特定业务的汇聚子层（CS）、 MAC公共部分子层（MAC CPS）和安全子层。 协议栈的数据单元映射关系如图6-6所示。 WiMAX网络与其他网络的不同之处在于其中引入了联合优化的 思想，MAC层可通过物理层的SAP来收集相关信息，进而了解当前 网络的传输状态，便于对相关参数进行调整，甚至可以通过物理 层的SAP向物理层传输一些控制指令。
6.2 WiMAX网络及其系统协议框架
图6-5
6.2 WiMAX网络及其系统协议框架
图6-6
6.3 WiMAX关键技术
6.3.1 WiMAX物理层关键技术
WiMAX物理层支持多种新技术，如OFDM/OFDMA、FDD/TDD、自 适应编码调制、功率控制、同步、MIMO-OFDM。
1. OFDM/OFDMA
6.2 WiMAX网络及其系统协议框架
6.2.2 网络参考模型
WiMAX网络可分为不支持漫游的和支持漫游的网络结构，如图 6-2和图6-3所示。与图6-2相比，图6-3中增加了CSN之间的R5参考 点。需要说明的是，WiMAX规范不定义CSN和ASP之间的接口。
1. 接入服务网络
接入服务网络（ASN）由基站BS和接入网关（ASN GW）组成， 如图6-4中所示。可见ASN可以与多个CSN相连接，可为不同网络服 务提供商NSP的CSN提供无线接入服务。
1. WiMAX标准进展 2. IEEE 802.16的特点
（1）开销及投资成本小。 （2）应用频段非常宽。 （3）频谱利用率高。 （4）抗干扰方面优势明显。 （5）课实现现长距离下的高速接入。 （6）提供有效的QoS控制。
6.2 WiMAX网络及其系统协议框架
6.2.1 WiMAX网络
WiMAX网络结构如图6-1所示。
图6-1
6.1 WiMAX的基本概念及特点
1. WiMAX核心网络
WiMAX核心网络具有如下功能： （1）可满足不同业务及应用的QoS需求，充分利用端到端的网 络资源。 （2）具有可扩展性、伸缩性、灵活性和鲁棒性，能够满足电 信级组网要求。 （3）支持终端用户固定式、游牧式、便携式、简单移动和全 移动接入能力。 （4）具有移动性管理功能，如呼叫、位置管理、异构网络间 的切换、安全性管理和全移动模式下的QoS保障。 （5）支持与现有的3GPP/3GPP2/DSL等系统的互联。