无线接入网《宽带通信网课件-CH6》 - 图文

第六章无线接入网技术?6.1 无线接入网技术?6.2 无线局域网(WLAN)?6.3 无线ATM局域网(WATM)2013-7-30Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University16.1无线接入网技术一、无线接入网组成1、定义无线接入网由业务结点接口和相关用户网络接口之间的系列传送实体组成，为传送用户业务所需的传送能力的设施全部或部分采用无线设施。2、网络组成2013-7-30Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University2SNIUNI用PSTN无线传用户端户终接输机站端入┇Internet网控传输网制（无线/有线┇器）┇用MAN,户LAN无线传用户端终端WAN输机站SNI无线接入网UmfUNI2013-7-30Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University3（1）用户站：由无线通信设备与用户终端组成，两部分可合为整体或分离，可为固定、移动、便携式。实例包括：GSM/CDMA手机、笔记本电脑加入通信卡（802.11b）、固定电话无线终端功能：信息处理和无线传输（数据面、用户面），连接控制（控制面）（2）无线传输机：由一路或多路无线收发机构成，分为四个模块网络传送基带信无线信道接口号处理收发机公共控制2013-7-30Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University4实例：基站BS（BaseStation，2G/SecondGeneration），NodeB（在第三代移动通信中/3GThirdGeneration的WCDMA＃）（3）传输网：由无线或有线传输/交换设备构成的网络实例：（SDH）光纤、微波传输、双绞线、同轴电缆；ADM＃，MSTP（多业务传送平台)＃，（IP、ATM、Ethernet）交换机（4）接入网控制器：控制整个无线接入网系统的运行，连接控制，用户定位与切换管理，用户信息传送，网络资源管理（如频率)等；控制若干无线传输机，实现与外部网的互联互通【3网（PSTN,Internet,计算机网络）、传送网（核心网,接入5Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University2013-7-30网，用户驻地网），……）】

实例：2G基站控制器BSC（BSController）3G无线网络控制器RNC（RadioNetworkController，仅WCDMA体制）3、网络接口（1）Umf接口（UserinterfaceforMobile/Fixedterminal)：?用户站与无线传输机之间的接口称为Um接口?不同的无线接口在多址方式、频率和频率间隔等方面标准不一，不能互通。GSM、WCDMA、CDMA2000，WLAN等（2）SNI接口：早期（传统意义上）包括数字中继接口（Ｖ5）和模拟接口（Z），现在或一般意义上应包括常用接口，如STM－N（IP分组＃、ATM信元）,n*E1＃、Ethernet接口（100M、1G/10GE＃）等。2013-7-30Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University6（3）接入网控制器/无线传输机之间接口每种网络有其自身的标准接口，或是内部定义的接口。对于3G中的通用陆地无线接入网UTRAN(UniversalTerrestrialRadioAccessNetwork)RNCIur核心网RNCNodeBUEIuIub（UE:UserEquipment）Uu2013-7-30Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University7二、主要业务与技术1、固定无线接入1）定义：从业务结点接口到用户终端全部或部分采用无线方式，终端一般不含移动方式。PSTNPBXRSU/馈线①②③④⑤⑥交接箱分线盒配线用户/CPN引入线实线为有线方式，虚线为无线方式2013-7-30（小灵通）（子母机）8Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University2）频率分配450MHz、800/900MHz、1.8/1.9GHz、3.5GHz3)应用（1）小型无线接入系统（1~4,8,16）用户，用于农村、山区等用户密度底的地区（早期太白山景区2002年）;PSTN / Internet控制器单/多/基站用户站模拟接口(2)无线市话系统国内小灵通,日本1990’S前期的PHS系(PHS:Personal2013-7-30Dr. ZhanqiHandXU,National Key Lab on ISNSystem), Xidian University9统（3）点—多点微波固定无线接入用户站PSTN / Internet中心站数字接口中继站中继站用户站工作频率1.5GHz，1.9GHz，2.4GHz系统覆盖5~60Km，在中继方式时可达600Km2013-7-30Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University10

2、移动无线接入1）定义从业务结点到用户终端全部或部分采用无线方式，终端一般处于低速（10Km/h）到高速（500Km/h）移动中。2）主要系统卫星系统、集群通信、移动通信系统、无线LAN、无线ATM、无线市话（小灵通）、2010年重新投入美军使用的“铱星”卫星移动通信系统等3）卫星接入2013-7-30Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University11卫星PSTN/Internet移动台（空中、陆地、海上）关口站控制中心基站手机2013-7-30（1）工作波段C（4/6GHz）、Ku（11/14GHz）、Ka（20/30GHz）（2）分类A、GEO：GeostationaryEarthOrbit(GEO地理固定地球轨道）同步轨道卫星，35800Km，控制简单，无越区切换；卫星重量大，成本高，时延大（260ms），通信设备功率大，不能使用便携移动台12Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian UniversityB、MediumEarthOrbit离地约10000KmC、LowEarthOrbit离地面700~1500Km，需卫星20~70颗，卫星重量轻，通信设备功率小，传输时延小（5~35ms），便携设备成本低；需要越区切换，控制复杂（卫星、终端均在移动）。实例包括“铱星”系统。D、VAST（VerySmallApertureTerminal)主站天线3.5~8m（Ku）或7~13m（C波段），用户站天线2.4m注：国际上正在研制GEO/MEO/LEO构成的多级/多层网络，NASA正在研究太阳系的星际网-InterPlanet2013-7-30Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University13第六章无线接入网技术?6.1 无线接入网技术?6.2 无线局域网(WLAN)?6.3 无线ATM局域网(WATM)2013-7-30Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University146.2 WLAN接入网一、WLAN概述1、WLANWirelessLocalAreaNetwork，无线局域网：通过无线传输媒质连接的信息设备构成，可实现双向话音、视频、数据等业务传输。2、传输方式?无线电：①直接序列扩频（DSSS：DirectSequenceSpreadSpectrum）②跳频扩频（FHSS：FrequencyHoppedSpreadSpectrum）③OFDM（OrthogonalFDM），多载波调制技术2013-7-30Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University15

④窄带调制技术（占用频带少，频谱功率密度高）①～③为扩频技术?红外线IR（InfraRed）DSSS与FHSS使用ISM（IndustrialScientificMedical）#波段（2.4GHz），无需执照3、一般要求（1）可靠性：无线信道误码率应达到10-4-10-5），分组丢失率应小于10-8；（2）兼容性：在应用方面与现有局域网兼容；（3）数据速率：至少达到1-10Mbps以上，国内已达到600Mbps，在研制1000Mbps；（4）通信保密：传输阶段保证（DSSS）、口令认证、数据加密等；Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University2013-7-3016（5）支持移动：具有尽可能好的移动通信性能；（6）节能管理：不工作时处于休眠状态，特别是无线传感器网络；（7）电磁环境频段：电磁波对人体的损害、EMC（电磁兼容）。4、几种主要技术（1）IEEE802.11?传统802.11：单载波，Barker巴克码，2.4GHz，用于办公室、校园网等处数据传输(1Mbps、2Mbps)，＜100m2013-7-30Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University17?802.11b单载波，Barker，2.4GHz，CCK(互补码键控ComplimentaryCodeKeying)，可选分组二进制卷积码PBCC（PacketBinaryConventionalCode），（1，2，5.5，11）Mbps，图像数据应用，＜100m?802.11a多载波，OFDM，（6，9，12，18，36，48，54）Mbps，5GHz(5.15～5.25GHz、5.25～5.35GHz和5.725～5.825GHz三段頻帶)，支持语音、图像、数据，5～10Km?802.11g单载波或多载波，CCK，PBCC，OFDM，（5.5，6，9，11，12，18，22，24，33，36，48，54）Mbps，一个用户站可以支持多个用户终端，支持语音、数据、图像，2.4GHz,(outstandingfeature)与802.11b兼容2013-7-30Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University18(2)HIPERLAN(HIghPErformanceRadioLAN)由ETSI（EuropeanTelecommunicationStandardInstitute）提出并标准化，支持Asynchronous&BoundedTimeServicesHiperLAN（type1）HiperLAN（type2）HiperAccessHiperLink?应用(W-Wireless)WEthernetWATMWLocalLoop、5~20WPoint-to-Point17~11519?频段（GHz）55~20?数据速率（Mbps）23.52013-7-30Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University（3）Bluetooth频带：2.4GHz（ISM）数据速率：1.152Mbps/piconet(微微蜂窝区)范围：10m～100m，8用户/piconet，语音数据（4）HomeRF频带：2.4GHz，支持数据、语音MAC：数据采用CSMA/CA，语音TDMA;范围：50～100m，数据率：1～2Mbps～11Mbps2013-7-30Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University20

IEEE 802.11特性列表标准频率（RF）红外线（IR）传输机制最大速率（Mb/s）802.11802.11802.11802.11a802.11b802.11g2.4GHz2.4GHz850-950nmDSSSFHSS222541154Diffuse IR5GHzOFDM2.4GHzDSSS速率与2.4GHzOFDM ,802.11b/a兼容DSSSDiffuse：散播、漫播2013-7-30Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University21IEEE在WLAN方面的进展,WWW.Ieee.org, WWW.anywlan.com关注802.16 (称WiMAX :World Interoperability for Microwave Access, Wireless MAN) PHY802.11(1/2 Mbps)MAC802.11/11a/11b MAC802.11e---QoS802.11f--漫游和切换802.11i 安全增强802.11b(5.5/11 Mbps)802.11g(>20 Mbps)802.11a(最大54 Mbps)2013-7-30802.11h 动态频率选择和功能控制Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University22二、802.11局域网物理层1、参考模型DataLinkPHYLLCMACPLCPPMD（1）PMD：PMD：PhysicalMediaDependent（物理媒质相关）无线媒质中的数据传输（Modem）（2）PLCP：PhysicalLayerConvergenceProtocol实现MAC-PDU与PMD-PDU间转换，尽量减少MAC与PMD子层间的关联,实现对等PLCP子层间对MACPDU的正确传送(PLCP:物理层汇聚协议）（3）MAC：MediumAccessControl实现共享媒质信道接入(4)LLC:(LogicLinkControl,specifiedbyIEEE802.2),a23Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University2013-7-30subsetofHDLC2、PMD传输技术：DSSS、FHSS、OFDM（1）CCK互补键控码：（单载波，M-aryOrthogonalKeyingModulation,I/OModulation,用Barker码字扩频）主要优点是抗多径干扰（2）FHSS：跳频扩频，保密性能好（3）OFDM：正交FDM，传输速率高3、PLCP（1）通用格式2013-7-30Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University242013-7-30SYNCSFDSIGNALSERVICELENGTH……PREAMBLEPLCPHeaderMACDataCRCPreamble：与物理层相关的同步前导（解调，bit同步）StartFrameDelimiter：(起始帧定界符）帧定位Signal：指明速率信息Service：指明调制方式等信息Length：MAC-PDU长度Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University25

（2）DSSS和HR/DSSS的PLCP（HighRate）128 16 8 8 16 16 bits SYNCSFDSIGNALSERVICELENGTHCRCPREAMBLEPLCPMPDUSYNC：128bits的扰码“1”bit（Scrambled）SFD：0XF3A(StartFrameDelimiter）Signal：0X0A1Mbps0X142Mbps0X375.5Mbps0X6E11Mbps2013-7-30Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University26Service：调制方式、CCK/PBCC指示、PBCC时的长度扩展等Lenth：MAC PDU长度CRC：对PLCP部分校验MPDU：MAC PDU（3）FHSS的PLCP80 16 12 4 16 bits SYNCPREAMBLESFDPLWPSFHECPSDUPSDU：PHYServiceDataUnit（MACPDU的一部分或若干个MACPDUs）SYNC：80bits(0,1)交替，开始于0，结束1SFD：0000110010111101PLW：PSDULengthWord2013-7-30Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University27PSF：PLCPSignalingField，标明数据率，1～4.5Mbps，一个阶梯0.5Mbps（4）OFDM的PLCP12 4 1 1 6 16 bits LengthRateReservedParityTailServicePreamblePLCPHeaderPSDUTailPADPreamble：包括10个短符号和2个长符号Rate：包含调制方式和代码速率信息Tail：保证控制字段为Byte Alignment（对齐、排列）2013-7-30Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University28Ratecode：2013-7-301011111110101110100111011000Mbps：691218243648802.11MAC1、网络组成结构ESS（extendedservicesset）系统Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University11005429三、WLAN接入网PSTNDistribution System （Ethernet、DDN、FR、ATM）InternetAPaAPbIntranet站a1站Bn站B1BSS-aBSS-b站anServer站a22013-7-30Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University30

（1）自组织网（adhocnetwork）BSS(BasicServiceSet)：由两个或多个无线结点（站）组成，站间可相互认识并建立通信主从站间是server/client关系。adhocnetwork或IBSS(IndependentBasicServiceSet)：在一个覆盖小区内，站间可直接、平等地相互通信(peer-to-peer)。AP/RAP（RadioAccessPoint，无线接入点）：实现无线局域网间及其与有线LAN/网络间的互连、互通,即1)完成下属的域内（无线与有线）用户的接入控制、信息传送；2)实现与外网的通信。（2）ESS（extendservicesset）由分发(Distribution)系统连接的多个相互重迭的BSSs。2013-7-30Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University312、MAC无线局域网使用CSMA/CA（CollisionAvoidance），而不同厂商采用不用CA策略。MAC Sublayer ArchitectureContention free: 无竞争的2013-7-30Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University32802.11定义的术语：（1）DCF（Distributed Coordination Function:分布式协调功能）基于CSMA/CA，用于传送竞争业务，用可选的RTS/CTS机制防止隐藏结点问题。（2）PCF（PointCoordinationFunction，点协同功能）应用于分布式限时业务，它依赖DCF；当工作于PCF时，PCF控制站允许一个小区内的单个站以较高优先级接入媒质。（3）IFS（InterframeSpace，帧间隙）Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University2013-7-30通过不同的IFS实现优先级控制。33长优度先加级长低TheSIFSIntervalisthesmallestIFS,followedbyPIFSandDIFS,respectivelySIFSPIFSDIFSShortIFSPCFIFSDCFIFS（4）HiddenNodeProblem（隐藏结点问题）2013-7-30Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University34站B围DRTSBCTSCTSA站发送范CACTSRangeRTS RangeDatarequestLetstationsAandCbetransmittingtostationsBandD,respectively.IfstationA’sandC’stransmissionsoverlapintime,itispossiblethatstationBwillnotreceivethepacketsfromAreliably,sincetheinterferencefromCistoostrong.Howcanavoidthissituation?2013-7-30Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University35

hiddennodeproblemdescribedintheNetworkingDictionaryThehiddennodeproblemoccursinthewirelessnetworkingwhenanodeisvisiblefromawirelesshub,butnotfromothernodescommunicatingwithsaidhub.Thisleadstodifficultiesinmediaaccesscontrol.Hiddennodesinawirelessnetworkrefertonodeswhichareoutofrangeofothernodesoracollectionfornodes.TakeaphysicalstartopologywithanAccessPointwithmanynodessurroundingitinacircularfashion;eachnodeiswithinthecommunicationrangeoftheAccessPoint,however,noteachnodecancommunicatewitheachother.解决方法：站A向B发送RTS(Requesttosend)，而站C不在站A的可接收范围内，无法接收RTS；站B发送CTS(Cleartosend)，站C可接收,从而不发送数据。数据帧中的持续时间域可让别的站知道该数据帧有多长。2013-7-30Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University36（5）工作过程(见图P61，wirelessLANstandards&APP）NAV：TheNetworkAllocationVector(NAV)isvirtualcarriersensingmechanismusedwithwirelessnetworkprotocolssuchasIEEE802.11andIEEE802.16(WiMax).howlongthechannelisoccupied.2＋i指数退避：Int[22+i*ranf（）]*slot-time－－等效》random(1,)*slot-time2ranf（）[0,1]均匀分布,RTS：20bytes,CTS：14BytesCW:contentionwindow(a) Without handshaking(b) RTS/CTS 机制37Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University2013-7-30NAV 原图中NAV的注解不确切，因为只有数据收下后才能确定发送长度（即接收数据结束时大分组分割为多个小片段的工作过程：1. 大分组分割原因：1）增加传输可靠性,满足实时业务时延要求；2）链路MTU（maximum transfer Unit）的限制2. How to fragment? 根据分割门限Fragmentation threshold2013-7-30NAV NAV (Fragment 1)(Fragment 2)Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University38第六章无线接入网技术?6.1 无线接入网技术?6.2 无线局域网(WLAN)?6.3 无线ATM局域网(WATM)2013-7-30Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University39无线ATM(局域)网一、WATMWirelessAsynchronousTransferMode，无线ATM局域网：通过无线传输媒质连接的信息设备构成固定/移动局域网，可实现双向话音、视频、数据等业务传输。二、WATM协议分层与参考模型1、WATM的特殊性由于无线ATM网络采用的无线传输信道与B－ISDN／ATM网所采用的光纤传输信道具有很大的差异，一些新的问题?介质共享性（MAC）?广播性?较长的传输延时2013-7-30Dr. ZhanqiXU,National Key Lab on ISN, Xidian University40

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