无线广域网
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
☆基于IP的设计，将现有IP网络简单扩展到无线终 端，形成移动的、无处不在的网络接入，透明地支 持基于各种网络的应用业务。 ☆使用标准IP网络部件，无需额外增加网络设备。 ☆以数据为中心的物理层和MAC层具有高吞吐量、 低冗余等特点。
24
802.20、802.16e 和3G技术比较
表5.2，802.20、802.16e 和3G 的主 要技术比较一，见5.2.3节；
7
无线广域网概述
●为提高移动宽带无线接入(MBWA) 速度， IEEE802委员会专门设立了802.20工作组，制定 IEEE802.20相关标准。 ●IEEE 802.20标准规定了工作在3.5GHz以下需 申请牌照的频段 ●用户峰值：4Mbps(下行)/1.2Mbps(上行) ●小区峰值：16Mbps(下行)/3.2Mbps(上行)
14
IEEE802.20技术标准
业务模型
☆各种移动终端设备(如笔记本PC、PDA、智能 手机等)的普及 ☆移动通信业务的需求也在不断增长 ☆WWW、FTP、Email、VoIP、视频会议、即时 通信及其它各种应用等
15
IEEE802.20技术标准
IEEE802.20的性能和协议栈
☆IEEE802.20的目标是制定适用于高速移动环境 下的宽带无线接入系统的空中接口规范 ☆在物理层技术上，以OFDM和MIMO为核心， 充分挖掘时域、频域和空间域的资源，提高系统 的频谱效率。 ☆在设计理念上，基于分组转发的纯IP架构处理 突发性数据的性能也优于现有3G技术，与 3.5G(HSDPA、EV-DO)性能相当。
☆802.20在保持较高数据传输速率的同时，能满 足用户更高的移动性要求 ☆802.16e为移动性要求不高的用户提供高速、 有效的对称数据传输 ☆3G的数据传输速率较低，但能满足用户的全 球移动性要求。
有关详细的比较见教材5.2.4节
23
IEEE802.20技术标准
基于IP的802.20协议栈具有下列优势：
13
IEEE802.20技术标准
移动性管理及切换模型
☆移动节点(MN)与固定用户通信，则需家乡代理 (HA)和外地代理(FA)共同参与。 ☆HA和FA可以是驻留在基站路由器的专用通信 模块，也可采用另外的通信设备来实现。
分布式安全模型
☆分布式安全模型是相对于集中式安全模型而言 ☆分布式安全模型中，各设备只需将自身作为安 全管理器，不依赖其它设备来实现信任功能。
19
IEEE802.20技术标准
☆数据传输高于3G 下行链路可提供大于1Mbps的峰值速率，远高于 3G技术的性能指标（步行384kbps，高速移动 144kbps）
பைடு நூலகம்20
IEEE802.20技术标准
IEEE802.20协议模型
MAC-SAP 数据链路层 MAC 子层 PHY-SAP PLCP 子层 物理层 PMD-SAP PMD 子层 PHY-SAP：物理层业务接入点 PLCP：物理层汇聚协议 MAC-SAP：媒体接入控制层业务接入点 PMD-SAP：物理媒体依赖
2G/3G/4G技术简介
3G技术
ITU在2000年确定了WCDMA、CDMA2000和TDSCDMA三大主流无线接口标准。 ☆WCDMA (Wideband CDMA)的支持者主要是以 GSM系统为主的欧洲厂商 ☆CDMA2000由高通公司主导 ☆TD-SCDMA是由我国主导的3G标准
29
2G/3G/4G技术简介
8
无线广域网概述
●802.20采用纯IP体系结构，从网络到终端均使 用基于IP的协议通信 ●组成主要包括：IP核心网、含高速路由器的基 站、网络调度器、鉴权、认证和计费(AAA)服务 器、及支持各种应用的终端设备等
9
IEEE802.20技术标准
IEEE802.20的发展
☆2002年3月，思科等提出Mobile-Fi概念 ☆2002年7月，移动宽带无线接入研究小组从 802.16工作组中独立出来 ☆2002年11月，802.20工作组正式成立 ☆2004年11月，802.20工作组确定了其标准化时 间表 ☆2005年，初步完成前期准备和征集提案等工作 ☆2006年6月IEEE暂停了802.20工作组的活动
2010年底，ITU已将LTE-Advanced 和 Wireless MAN-Advanced确定为4G标准。
31
无线广域网的应用
行业 电力 税务 教育 医疗 银行 交通运输 大型企业 公共安全 安全监控 大型场馆和展览馆 应用 连接分布于不同地点的变电站、电厂和电力局 连接税务征收点、基层税收部门、税务分局和税务局 连接教学楼、图书馆和学生宿舍 连接医院、药房和诊所 连接分散的营业网点、分行和总部 连接各路口的监控点和监控中心，连接机场、铁路、港口 连接公司总部、远程办公室、销售终端和厂区 连接公安局、派出所、消防和治安点 将远程监控点采集的视频监控信息传输到监控中心 为体育、表演、展览和促销活动建立临时网络连接
WCDMA、 TD-SCDMA 和 CDMA2000 技术比较
WCDMA 载波间隔 码片速率 帧长 基站同步 功率控制 5MHz 3.84Mcps 10ms 不需要 快速功控： 上、下行1500Hz 支持 支持，可用压缩 模式进行测量 相干解调 公共导频 卷积码 Turbo码
TD-SCDMA 1.6MHz 1.28Mcps 10ms(分为两个子帧) 需要 0-200Hz 支持 支持，可用空闲时隙 进行测量 联合检测 DwPCH,UpPCH,Midamble 卷积码 Turbo码
第5章 无线广域网
本章内容简介
☆无线广域网概述 ☆IEEE802.20技术标准 ☆2G/3G/4G技术简介 ☆无线广域网的应用
2
无线广域网概述
●无线广域网(WWAN)指能覆盖很大面积范围的 无线网络，它能提供更大范围内的无线接入，与 其它无线网络相比较，应更能强调快速移动性。 ●从目前的应用实际来看，WWAN的传输速率通 常不是很高。 ●典型的WWAN的例子如GSM移动通信、卫星 通信、3G、4G等系统。
下行
120kmph 1.75 17
IEEE802.20技术标准
从上表的性能指标可以看出802.20具有如下 特点：
☆高移动性。 IEEE802.20可支持的最高速率为250km/h，已达 传统2G/3G的性能。 ☆频谱效率高 IEEE802.20频谱效率远高于当前的主流移动技术， 如CDMA2000、EV-DO等。
21
MAC 管理子层
PHY 管理子层
IEEE802.20技术标准
基于IP的802.20协议栈
外地代理 IP LLC MAC 空中链路 IP/IPSEC 链路层 物理层 外地代理 IP/IPSEC 链路层 物理层
源端 IP LLC MAC 空中链路
目标端 IP
链路层 物理层
链路层 物理层
22
IEEE802.20与IEEE802.16e、3G的比较
3
无线广域网概述
●WWAN使用户能使用笔记本电脑、智能手机或 其它移动设备在蜂窝网络覆盖范围内方便地接入 网络，进而访问因特网。 ●WWAN的连接能力可涵盖相当广泛的地理区域， 但迄今为止其数据传输速率相比WiFi、WiMax等 都偏低。 ●目前全球的移动通信网络主要采用两大技术： GSM和CDMA，预计这两者均将逐步向3G/4G等 技术演进。
5
无线广域网概述
●摩托罗拉、朗讯、三星等公司积极参与CDMA 标准制定，韩国现已几乎成为该标准的主导者。 ●目前使用CDMA的地区为日、韩和北美，虽然 市场份额少于WCDMA，但技术研发进展很快， 许多3G产品已面世并得到使用。
6
无线广域网概述
●TD-SCDMA (Time Division-Synchronous CDMA， 时分同步码分多址)是我国提出的具有自主知识产 权的3G技术标准，相对于CDMA2000和WCDMA， 其起步较晚。 ●该标准融合了智能天线、同步和软件无线电等 技术，在频谱利用率、业务支持的灵活性、频率 灵活性、成本等方面有独特优势。
32
无线广域网的应用
无线广域网应用实例
CDMA2000 1.25MHz 1.2288Mcps 20ms 需要典型方法GPS 反向：800Hz 前向：慢/快速功控 支持 支持
下行发射分集 频率间切换
检测方式 信道估计 编码方式
相干解调 前向，反向导频 卷积码 Turbo码
30
2G/3G/4G技术简介
4G技术
4G网络结构可分为三层：物理网络层、中间环境 层、应用网络层。 ☆物理网络层提供接入和路由选择功能，由无线 和核心网结合完成。 ☆中间环境层的功能有QoS映射、地址变换和完 全性管理等。 ☆提供具体的应用服务
16
IEEE802.20技术标准
IEEE802.20的 性能指标表
工作频率 频带分配 双工方式 移动速度 小区范围 安全模式 MAC帧环路时延 信道带宽 小区峰值数据速率(上行) 用户峰值数据速率(上行) 小区峰值数据速率(下行) 用户峰值数据速率(下行) 1.25MHz >800kbps >300kbps >4Mbps >1Mbps 频谱效率
27
2G/3G/4G技术简介
☆有加密和鉴权功能，确保通信保密和网络安全； ☆具有灵活方便的组网结构，频率重复利用率高， 移动业务交换机的话务承载能力较强，保证在话音 和数据两方面都能满足用户的要求； ☆抗干扰能力强，覆盖区域内的通信质量高； ☆终端设备(手机)向更小型、轻巧和增强功能趋势 发展。
28
<3.5G 分配给移动通信业务的需牌照频段 FDD和TDD 最高可达250kmph 约15km，即一般城域网范围，视具体而定 AES <10ms 5MHz >3.2Mbps >1.2Mbps >16Mbps >4Mbps
上行
移动终端速度 频谱效率(bit/s Hz/sector) 3kmph 1.0 120kmph 0.75 3kmph 2.0
10
IEEE802.20技术标准
☆2006年11月，802.20工作组重新开始标准的制 定活动 ☆目前，802.20标准还处于制定阶段
11
IEEE802.20技术标准
IEEE802.20的组成与模型
IEEE802.20主要包括以下部分： ☆无线信道模型 ☆移动性管理及切换模型 ☆分布式安全模型 ☆支持的业务模型
2G/3G/4G技术简介
移动通信网络的几个发展阶段
☆模拟蜂窝通信 ☆GSM ☆支持数据业务的GPRS ☆GPRS到3G的过渡 ☆3G ☆4G技术
26
2G/3G/4G技术简介
2G技术
以GSM数字蜂窝移动通信系统为例，它具有以下 特点： ☆由几个子系统组成，并可与PSTN等各种公用 通信网互连互通； ☆能提供穿过国际边界的自动漫游功能，移动用 户可进入GSM系统而与国别无关； ☆除话音业务外，还可开放各种承载业务、补充 业务等；
18
IEEE802.20技术标准
☆非视距环境下的覆盖范围广 IEEE802.20的单个小区覆盖半径为15km，可以和 WCDMA等3G技术和HSDPA等3G的演进技术相 竞争。 ☆短时延 IEEE802.20的MAC帧往返时延小于10ms，加上 无线链路控制层和应用层的处理时延，足以满足 ITU-T规定的电话语音传输时延要求，可提供优 质的无线VoIP语音业务。
4
无线广域网概述
●GSM标准很早就在欧盟得以使用，包括GSM语 音通信、GPRS数据传输、EDGE等技术，占据了 全球60%的市场。 ●WCDMA (Wideband CDMA)技术被许多运营商 选为GSM的3G更新标准，WCDMA的数据传输速 率可达2Mbps或更高。 ●美国高通公司最早提出了窄带CDMA(CDMA IS95)技术，之后发展为CDMA2000，也称CDMA Multi-Carrier。
12
IEEE802.20技术标准
无线信道模型
802.20的无线信道模型采用了MIMO，主要有： 相关模型、射线跟踪模型和散射模型。 ☆相关模型通过在发射端和接收端合并独立复高 斯信道矩阵来描述空间相关性。 ☆射线跟踪模型假设已知反射物位置，信道特性 通过仿真从每一个发送天线到每一个接收天线的 大量数据累加来预测。 ☆散射模型假定散射物的特定统计分布，利用该 分布，通过仿真散射物间的相互作用平面波的方 向产生信道模型。
24
802.20、802.16e 和3G技术比较
表5.2，802.20、802.16e 和3G 的主 要技术比较一，见5.2.3节；
7
无线广域网概述
●为提高移动宽带无线接入(MBWA) 速度， IEEE802委员会专门设立了802.20工作组，制定 IEEE802.20相关标准。 ●IEEE 802.20标准规定了工作在3.5GHz以下需 申请牌照的频段 ●用户峰值：4Mbps(下行)/1.2Mbps(上行) ●小区峰值：16Mbps(下行)/3.2Mbps(上行)
14
IEEE802.20技术标准
业务模型
☆各种移动终端设备(如笔记本PC、PDA、智能 手机等)的普及 ☆移动通信业务的需求也在不断增长 ☆WWW、FTP、Email、VoIP、视频会议、即时 通信及其它各种应用等
15
IEEE802.20技术标准
IEEE802.20的性能和协议栈
☆IEEE802.20的目标是制定适用于高速移动环境 下的宽带无线接入系统的空中接口规范 ☆在物理层技术上，以OFDM和MIMO为核心， 充分挖掘时域、频域和空间域的资源，提高系统 的频谱效率。 ☆在设计理念上，基于分组转发的纯IP架构处理 突发性数据的性能也优于现有3G技术，与 3.5G(HSDPA、EV-DO)性能相当。
☆802.20在保持较高数据传输速率的同时，能满 足用户更高的移动性要求 ☆802.16e为移动性要求不高的用户提供高速、 有效的对称数据传输 ☆3G的数据传输速率较低，但能满足用户的全 球移动性要求。
有关详细的比较见教材5.2.4节
23
IEEE802.20技术标准
基于IP的802.20协议栈具有下列优势：
13
IEEE802.20技术标准
移动性管理及切换模型
☆移动节点(MN)与固定用户通信，则需家乡代理 (HA)和外地代理(FA)共同参与。 ☆HA和FA可以是驻留在基站路由器的专用通信 模块，也可采用另外的通信设备来实现。
分布式安全模型
☆分布式安全模型是相对于集中式安全模型而言 ☆分布式安全模型中，各设备只需将自身作为安 全管理器，不依赖其它设备来实现信任功能。
19
IEEE802.20技术标准
☆数据传输高于3G 下行链路可提供大于1Mbps的峰值速率，远高于 3G技术的性能指标（步行384kbps，高速移动 144kbps）
பைடு நூலகம்20
IEEE802.20技术标准
IEEE802.20协议模型
MAC-SAP 数据链路层 MAC 子层 PHY-SAP PLCP 子层 物理层 PMD-SAP PMD 子层 PHY-SAP：物理层业务接入点 PLCP：物理层汇聚协议 MAC-SAP：媒体接入控制层业务接入点 PMD-SAP：物理媒体依赖
2G/3G/4G技术简介
3G技术
ITU在2000年确定了WCDMA、CDMA2000和TDSCDMA三大主流无线接口标准。 ☆WCDMA (Wideband CDMA)的支持者主要是以 GSM系统为主的欧洲厂商 ☆CDMA2000由高通公司主导 ☆TD-SCDMA是由我国主导的3G标准
29
2G/3G/4G技术简介
8
无线广域网概述
●802.20采用纯IP体系结构，从网络到终端均使 用基于IP的协议通信 ●组成主要包括：IP核心网、含高速路由器的基 站、网络调度器、鉴权、认证和计费(AAA)服务 器、及支持各种应用的终端设备等
9
IEEE802.20技术标准
IEEE802.20的发展
☆2002年3月，思科等提出Mobile-Fi概念 ☆2002年7月，移动宽带无线接入研究小组从 802.16工作组中独立出来 ☆2002年11月，802.20工作组正式成立 ☆2004年11月，802.20工作组确定了其标准化时 间表 ☆2005年，初步完成前期准备和征集提案等工作 ☆2006年6月IEEE暂停了802.20工作组的活动
2010年底，ITU已将LTE-Advanced 和 Wireless MAN-Advanced确定为4G标准。
31
无线广域网的应用
行业 电力 税务 教育 医疗 银行 交通运输 大型企业 公共安全 安全监控 大型场馆和展览馆 应用 连接分布于不同地点的变电站、电厂和电力局 连接税务征收点、基层税收部门、税务分局和税务局 连接教学楼、图书馆和学生宿舍 连接医院、药房和诊所 连接分散的营业网点、分行和总部 连接各路口的监控点和监控中心，连接机场、铁路、港口 连接公司总部、远程办公室、销售终端和厂区 连接公安局、派出所、消防和治安点 将远程监控点采集的视频监控信息传输到监控中心 为体育、表演、展览和促销活动建立临时网络连接
WCDMA、 TD-SCDMA 和 CDMA2000 技术比较
WCDMA 载波间隔 码片速率 帧长 基站同步 功率控制 5MHz 3.84Mcps 10ms 不需要 快速功控： 上、下行1500Hz 支持 支持，可用压缩 模式进行测量 相干解调 公共导频 卷积码 Turbo码
TD-SCDMA 1.6MHz 1.28Mcps 10ms(分为两个子帧) 需要 0-200Hz 支持 支持，可用空闲时隙 进行测量 联合检测 DwPCH,UpPCH,Midamble 卷积码 Turbo码
第5章 无线广域网
本章内容简介
☆无线广域网概述 ☆IEEE802.20技术标准 ☆2G/3G/4G技术简介 ☆无线广域网的应用
2
无线广域网概述
●无线广域网(WWAN)指能覆盖很大面积范围的 无线网络，它能提供更大范围内的无线接入，与 其它无线网络相比较，应更能强调快速移动性。 ●从目前的应用实际来看，WWAN的传输速率通 常不是很高。 ●典型的WWAN的例子如GSM移动通信、卫星 通信、3G、4G等系统。
下行
120kmph 1.75 17
IEEE802.20技术标准
从上表的性能指标可以看出802.20具有如下 特点：
☆高移动性。 IEEE802.20可支持的最高速率为250km/h，已达 传统2G/3G的性能。 ☆频谱效率高 IEEE802.20频谱效率远高于当前的主流移动技术， 如CDMA2000、EV-DO等。
21
MAC 管理子层
PHY 管理子层
IEEE802.20技术标准
基于IP的802.20协议栈
外地代理 IP LLC MAC 空中链路 IP/IPSEC 链路层 物理层 外地代理 IP/IPSEC 链路层 物理层
源端 IP LLC MAC 空中链路
目标端 IP
链路层 物理层
链路层 物理层
22
IEEE802.20与IEEE802.16e、3G的比较
3
无线广域网概述
●WWAN使用户能使用笔记本电脑、智能手机或 其它移动设备在蜂窝网络覆盖范围内方便地接入 网络，进而访问因特网。 ●WWAN的连接能力可涵盖相当广泛的地理区域， 但迄今为止其数据传输速率相比WiFi、WiMax等 都偏低。 ●目前全球的移动通信网络主要采用两大技术： GSM和CDMA，预计这两者均将逐步向3G/4G等 技术演进。
5
无线广域网概述
●摩托罗拉、朗讯、三星等公司积极参与CDMA 标准制定，韩国现已几乎成为该标准的主导者。 ●目前使用CDMA的地区为日、韩和北美，虽然 市场份额少于WCDMA，但技术研发进展很快， 许多3G产品已面世并得到使用。
6
无线广域网概述
●TD-SCDMA (Time Division-Synchronous CDMA， 时分同步码分多址)是我国提出的具有自主知识产 权的3G技术标准，相对于CDMA2000和WCDMA， 其起步较晚。 ●该标准融合了智能天线、同步和软件无线电等 技术，在频谱利用率、业务支持的灵活性、频率 灵活性、成本等方面有独特优势。
32
无线广域网的应用
无线广域网应用实例
CDMA2000 1.25MHz 1.2288Mcps 20ms 需要典型方法GPS 反向：800Hz 前向：慢/快速功控 支持 支持
下行发射分集 频率间切换
检测方式 信道估计 编码方式
相干解调 前向，反向导频 卷积码 Turbo码
30
2G/3G/4G技术简介
4G技术
4G网络结构可分为三层：物理网络层、中间环境 层、应用网络层。 ☆物理网络层提供接入和路由选择功能，由无线 和核心网结合完成。 ☆中间环境层的功能有QoS映射、地址变换和完 全性管理等。 ☆提供具体的应用服务
16
IEEE802.20技术标准
IEEE802.20的 性能指标表
工作频率 频带分配 双工方式 移动速度 小区范围 安全模式 MAC帧环路时延 信道带宽 小区峰值数据速率(上行) 用户峰值数据速率(上行) 小区峰值数据速率(下行) 用户峰值数据速率(下行) 1.25MHz >800kbps >300kbps >4Mbps >1Mbps 频谱效率
27
2G/3G/4G技术简介
☆有加密和鉴权功能，确保通信保密和网络安全； ☆具有灵活方便的组网结构，频率重复利用率高， 移动业务交换机的话务承载能力较强，保证在话音 和数据两方面都能满足用户的要求； ☆抗干扰能力强，覆盖区域内的通信质量高； ☆终端设备(手机)向更小型、轻巧和增强功能趋势 发展。
28
<3.5G 分配给移动通信业务的需牌照频段 FDD和TDD 最高可达250kmph 约15km，即一般城域网范围，视具体而定 AES <10ms 5MHz >3.2Mbps >1.2Mbps >16Mbps >4Mbps
上行
移动终端速度 频谱效率(bit/s Hz/sector) 3kmph 1.0 120kmph 0.75 3kmph 2.0
10
IEEE802.20技术标准
☆2006年11月，802.20工作组重新开始标准的制 定活动 ☆目前，802.20标准还处于制定阶段
11
IEEE802.20技术标准
IEEE802.20的组成与模型
IEEE802.20主要包括以下部分： ☆无线信道模型 ☆移动性管理及切换模型 ☆分布式安全模型 ☆支持的业务模型
2G/3G/4G技术简介
移动通信网络的几个发展阶段
☆模拟蜂窝通信 ☆GSM ☆支持数据业务的GPRS ☆GPRS到3G的过渡 ☆3G ☆4G技术
26
2G/3G/4G技术简介
2G技术
以GSM数字蜂窝移动通信系统为例，它具有以下 特点： ☆由几个子系统组成，并可与PSTN等各种公用 通信网互连互通； ☆能提供穿过国际边界的自动漫游功能，移动用 户可进入GSM系统而与国别无关； ☆除话音业务外，还可开放各种承载业务、补充 业务等；
18
IEEE802.20技术标准
☆非视距环境下的覆盖范围广 IEEE802.20的单个小区覆盖半径为15km，可以和 WCDMA等3G技术和HSDPA等3G的演进技术相 竞争。 ☆短时延 IEEE802.20的MAC帧往返时延小于10ms，加上 无线链路控制层和应用层的处理时延，足以满足 ITU-T规定的电话语音传输时延要求，可提供优 质的无线VoIP语音业务。
4
无线广域网概述
●GSM标准很早就在欧盟得以使用，包括GSM语 音通信、GPRS数据传输、EDGE等技术，占据了 全球60%的市场。 ●WCDMA (Wideband CDMA)技术被许多运营商 选为GSM的3G更新标准，WCDMA的数据传输速 率可达2Mbps或更高。 ●美国高通公司最早提出了窄带CDMA(CDMA IS95)技术，之后发展为CDMA2000，也称CDMA Multi-Carrier。
12
IEEE802.20技术标准
无线信道模型
802.20的无线信道模型采用了MIMO，主要有： 相关模型、射线跟踪模型和散射模型。 ☆相关模型通过在发射端和接收端合并独立复高 斯信道矩阵来描述空间相关性。 ☆射线跟踪模型假设已知反射物位置，信道特性 通过仿真从每一个发送天线到每一个接收天线的 大量数据累加来预测。 ☆散射模型假定散射物的特定统计分布，利用该 分布，通过仿真散射物间的相互作用平面波的方 向产生信道模型。