无线网络 课件课件.docx

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无线网络课件课件

12.1.1起源和主要特征

•2001年，最初的IEEE802.16标准获得批准，并于2002年3月公布。

•随后，工作组将注意力转移到2～11GHz频段，在该段频率范围内，实现的低成本和非视距传输的优势超过了由于射频拥挤带来的潜在困难。

这样做的结果是IEEE802.16a标准的诞生，并于2002年获得批准，2002年3月公布。

•IEEE802.16的设计目标是在物理层提供相当大的灵活性，从而在不同的规则下能适应不断变化的需求（比如信道带宽）。

12.1.2IEEE802.16物理层

12.1.2.110～66GHz频谱的物理层

•在这个非常高的频率范围内，对于所有的实际应用，射频传播要求在发射机和接收机之间存在视距传播。

在这样的限制条件下，没有必要考虑使用复杂技术（如OFDM技术）来克服发生在没有视距环境下的多径影响，因此，工作组为这些接口选用了简单的单载波调制（SingleCarrier,SC）技术（参见表12.2）。

•在下行传输时［从基站（BaseStation,BS）到用户站（SubscriberStation,SS）］采用时分复用（TimeDivisionMultiplexing,TDM），每个时隙被分配给单独的用户，这样可为延迟敏感的服务保证带宽。

在上行链路方向（从SS到BS）采用时分多址接入（TDMA）。

•有一系列的调制和编码方案可供选用（包括QPSK、16-QAM和64-QAM）。

并且用户站和基站可以根据特殊的效率需求（取决于数据速率）和鲁棒性需求（取决于信号传播环境/信号强度）来协商选择一个方案。

这样产生的结果是由基站发送的一个下行帧中（参见图12.1），发往不同用户站的不同的数据突发将使用不同的编码和调制方式——一种自适应的突发配置。

不同的调制方式可达到的数据速率如表12.3所示。

12.1.2.22～11GHz频谱的物理层

•与高达66GHz的极高频（EHF）范围相比，在2～11GHz范围内，不同的传播特性要求空中接口非视距环境下能够适应大量的多径传播的影响。

在802.16a标准中定义了三种可选的物理层规范，此标准涵盖了授权和未授权的频谱，如表12.4所示。

12.1.2.3MAC层

•为了满足城域网的需要，802.16aMAC层必须能够为不同的服务类型提供灵活高效的接入。

12.1.2.4面向连接与非连接

802.16MAC层有效性的关键之一在于它是面向连接的。

每一个服务映射到一个连接上，并使用16比特的连接标识（ConnectionID,CID）。

这包括了无连接的服务如用户数据报协议（UserDatagramProtocol,UDP）（比如RIP,SNMP或DHCP消息）。

每一个连接都与具体的参数相联系，比如：

•带宽授权机制（连续的或按需的）

•相关的QoS参数

•路由和传输数据。

•当一个新的用户站（SS）加入802.16网络时，最初打开三条连接以承载管理层面的消息，如表所示。

12.1.2.5无线链路控制

•射频链路控制（RLC）是IEEE802.16MAC层的另一个关键要素，能够提供自适应的突发控制和传统的功率调节功能（TPC）。

•当用户加入网络时，SS和BS通过基本的管理连接交换信息以建立发送功率和时钟的初始设置。

SS也需要具体的初始突发协议来定义基于设备能力和下行链路信号质量的信号调制参数。

初始化建立后，RLC将继续监视信号质量。

如果环境条件恶化，SS或BS可能会要求更加鲁棒性的突发应用协议（例如，暂时从64-QAM转换到16-QAM），或者如果条件改善了，较低的鲁棒性可以容忍时，也可采用一种更有效的协议。

•上行链路的突发协议受BS的直接控制，这种控制在每次BS分配带宽给SS时实现的，与此同时，也指定了SS所使用的突发协议。

虽然下行链路的协议根据SS的要求而改变，每个SS能够单独监视接收信号的强度，但它也受BS的控制。

12.1.2.6带宽分配

•当连接建立后，不同用户的带宽需求就确定了。

标准中的许多消息选项使得SS可以申请额外的上行链路带宽，并通知BS总共的带宽要求，允许BS轮询不同的SS，或通过组播来确定这些要求。

这些机制保证了可用带宽的有效利用以及灵活地适应多种服务或应对不同服务变化的需求。

•MAC层定义了SS的两个分类（表12.7）：

每连接授予（GPC）和每用户站授予（GPSS），其区别在于SS使用分配带宽的灵活性。

12.1.3移动WiMAX

12.1.3移动WiMAX

•12.1.3.1可扩展的OFDMA

•12.1.3.2子信道化

12.1.3.1可扩展的OFDMA

•IEEE802.16a指明了OFDM接口具有从1.75MHz到20MHz灵活的信道带宽。

每个信道被分成256个子载波（OFDMA256），因此，子载波间隔取决于信道带宽，在6.8kHz到78.1kHz之间变化。

•在移动应用中，根据SNR和BER，变化的多普勒频移和多径产生的时延将导致性能的下降，尤其是子载波间隔很小时。

相反，在信道带宽较宽时，使用更多的子载波可以提高信道容量。

•通过使用11.2kHz的固定子载波间隔和根据信道带宽改变子载波数目，从1.25kHz的128个到20MHz的2048个，可扩展的OFDMA（ScalableOFDMA,S-OFDMA）解决了上述问题。

这样使带宽较宽的信道达到最大的信道容量，并且保证了所有的信道带宽都能同等地容忍移动站产生的延时扩展。

12.1.3.2子信道化

•子信道化是指使用OFDM可用子载波的一个子集，将可用的发射功率集中到较少的子载波上，从而使每个子载波可以以较高的发射功率发射出去。

这个额外的链路余量要么用来扩展链路的范围，允许室内移动设备克服传输损耗，要么用来降低发射设备的消耗功率。

•这些好处是以降低链路容量为代价的，因为只有子载波的一个子集用来携带数据，允许在吞吐量和移动性之间折中。

12.1.4应用中的IEEE802.16

•贸易组织采用某个IEEE标准后，推广其产品以及开发其市场的这个熟悉模式对于802.16也同样适用。

WiMAX论坛的目的是起到与Wi-Fi联盟在802.11标准组中的类似作用，即一致性和互操作的测试和认证。

•WiMAX论坛在WiMAX商标下经营802.16d网络，提供固定的、便携的以及没有要求与基站有视距离传播的移动宽带无线接入。

•WiMAX论坛成员起初的认证工作重点在于工作在3.5GHz频带上具有3.5MHz的信道带宽，并且基于TDD和FDD的设备。

12.1.5未来发展

•目前，TGf和TGg任务组正在开发802.16标准系列的新内容。

802.16f的目标是当SSs在固定无线网络的BSs间移动时提高多跳的能力，而802.16g将更快更有效地转发并提高移动连接的QoS。

12.2其他WMAN标准

•12.2.1ETSIHYPERMAN

•12.2.2TTAWiBro

•12.2.3城域网状网络

12.2.1ETSIHYPERMAN

•欧洲电信标准机构（ETSI）提出了一种高性能的无线MAN（HighPerformanceRadioMetropolitanAreaNetworks,HYPERMAN）旨在提供中小型企业和住宅市场的“最后一英里”固定无线接入，其主要目的是加快欧洲宽带因特网接入的更新。

该标准是在与IEEE802.16工作组密切合作的基础上提出的，目的与802.16a标准的子集实现互操作——即在12.1.2节介绍的OFDM空中接口。

表12.9列出了HYPERMAN标准中的关键参数。

•ETSI的目的是开发一套使用未授权频谱的标准，但该标准能支持基于点对多点（Point-to-multipoint,PMP）或网状网络结构的固定无线接入的商业提供方式。

•HYPERMAN只定义了物理层和链路控制层，正如802.16d和WiMAX论坛指出的，网络层和更高层规范期望由其他组织开发。

12.2.2TTAWiBro

•WiBro是无线宽带的简称，它是由韩国电信技术协会（TelecommunicationTechnologyAssociation，TTA）提出的无线MAN标准，其中草案1已于2004年11月获得批准。

•该标准使用从2.30GHz到2.40GHz带宽为100MHz的授权频带，该频段由韩国信息通信部分配以供移动无线Internet使用，并与国际上未授权的2.4GHzISM频段相邻。

•WiBro的MAC层支持三种服务等级，包括对时延敏感应用的有保证的QoS，基于SS要求的实时轮询，和对时延不敏感但要求保证最小数据速率应用的中间QoS等级。

12.2.3城域网状网络

•上面介绍的无线MAN标准利用在专门基站提供中心控制，能够解决MAN中的点对点或点对多点的问题。

虽然目前没有开发出城域网状网络标准，但是802.11任务组TGs在6.4.5节中描述的工作模糊了LAN和MAN的界限，使得基于IEEE802.11的网状网络在城市区域内能够高效地运行。

•与传统MAN拓扑结构相比，基于网状的方法有许多优点，例如，可以通过网状选择一条最优路径以最大化网络吞吐量，以及能够自动利用在网状区域内任何新的变为活跃状态的回程链路。

•私有（比如不基于任何标准的）设备可以运行伪802.16b网状，该网状具有固定的“网状路由器”为移动802.11b设备提供城市范围覆盖

12.3本章小结

•虽然WiMAX论坛成员还未把符合IEEE802.16标准的产品推向市场，但看来在无线网络市场这一部分，它将会成为事实标准。

•802.16MAC层保证了指定给不同连接的带宽分配和服务质量，提供自适应的突发协议，从而根据每个用户站的能力和环境条件，允许使用最高效的调制和编码方法，同时根据不同用户站的要求，提供大量的改变带宽分配的机制。

•由韩国消费电子产业推动而快速发展的WiBro标准成为IEEE“盔甲”上的第一个可见的裂纹，其目标在于满足高度网络化的韩国消费市场的特殊需要，它说明IEEE标准化进程的速度不能满足市场的需要。

然而，WiMAX依然基于IEEE802.16规范，强调了标准化在全球市场中的重要性。

第13章无线城域网的实现

13.1技术计划

•13.1.1现场调查

•13.1.2设备选择与选址

•13.1.3基干线路设施

13.1.1现场调查

•无线MAN现场调查的目的是评估用户站将要工作的物理与射频环境，譬如根据物理障碍和可能的干扰源。

•在技术计划的初始阶段，一般现场调查应在整个的目标区域上进行，以评价将来会影响到整个网络设计的主要限制和考虑。

之后，在启动与进行阶段，针对用户现场会进行具体调查，目的是为了在着手物理安装之前保证达到的服务质量。

13.1.1现场调查

•13.1.1.1物理现场调查

•13.1.1.2射频现场调查

13.1.1.1物理现场调查

•物理现场调查主要是检测可见视线—从目标区域诸多点至可能的基站点，菲涅耳波带间隙（参见4.5.4节）也应该列入调查范围之内，如图13.1。

•调查应该考虑当地地形：

可能的障碍物，譬如高层建筑物，以及邻近的像飞机场之类的场所，在那里雷达可能会成为干扰源，在射频调查中这也会被检测。

•在用户建立阶段，物理现场调查应包括用户驻地设备、电缆路由的选择以及其他需求例如暴露区域的闪电保护等。

13.1.1.2射频现场调查

•这部分调查是针对用户站所在的射频环境，主要是噪声和干扰。

当形成了这个目标，这项调查的指导方案类似于驻地设备，将天线安装在用户区中。

•射频现场调查可