【正文】 寬帶無線通信技術(shù) （ Broadband Wireless Communication Technology） 電子與信息工程學(xué)院 （ 2023年秋季學(xué)期） 課程的基本信息 授課學(xué)時(shí)： 40；學(xué)分： 。 授課時(shí)間： 716周；考試時(shí)間： 18周。 教學(xué)內(nèi)容：教材基本內(nèi)容 +補(bǔ)充內(nèi)容。 教學(xué)安排： （第 1章 ~第 3章）：賈敏； 部分（第 4章 ~第 6章）：李卓明； ： 2學(xué)時(shí)。 考核： 1．出勤情況 +課堂表現(xiàn) :1020分； 2．作業(yè) :10分； 3．閉卷考試 :卷面 7080分。 課程學(xué)習(xí)要求： 掌握寬帶無線通信的基本理論與寬帶無線通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識(shí) ， 以及目前寬帶無線通信領(lǐng)域的主流標(biāo)準(zhǔn)和新技術(shù) 。 2 第 1章 寬帶無線通信技術(shù)概述 主要內(nèi)容 : 無線通信技術(shù)的發(fā)展 寬帶無線接入概述 寬帶無線接入技術(shù)的分類 BWA技術(shù)的發(fā)展概況 蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)概述 寬帶無線通信技術(shù)發(fā)展趨勢 3 無線通信技術(shù)的發(fā)展 過去的 10多年是通信技術(shù)、電信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及電信服務(wù)水平飛速發(fā)展的黃金十年，高新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，基礎(chǔ)設(shè)施日益完善，服務(wù)模式推陳出新，形成了一個(gè)欣欣向榮的巨大產(chǎn)業(yè)，涌現(xiàn)了一些具有代表性的通信技術(shù)。 通信技術(shù)的總體發(fā)展 4 在有線通信方面，隨著 20世紀(jì) 90年代中期 ATM、 FR、 DDN網(wǎng)絡(luò)的大面積建設(shè)，電信 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)市場徹底告別了 ，開啟了一個(gè)寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展與應(yīng)用的春天。 5 在公眾服務(wù)領(lǐng)域，無線和移動(dòng)通信技術(shù)及服務(wù)相對(duì)有線通信而言可謂是更加轟轟烈烈，后來居上。 20世紀(jì) 80年代末的無線尋呼技術(shù)及服務(wù) 的出現(xiàn)，首次將普通百姓帶入了一個(gè)移動(dòng)通信的時(shí)代。 6 第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)是以美國的 AMPS標(biāo)準(zhǔn)和歐洲的 TACS標(biāo)準(zhǔn)為代表的移動(dòng)通信系統(tǒng) ， 它是 模擬體制 的移動(dòng)通信技術(shù) 。 第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)的出現(xiàn)迅速將公眾個(gè)人移動(dòng)通信服務(wù)推進(jìn)了高速發(fā)展的黃金時(shí)期 。 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng) （ 簡稱 3G） 向人們描繪的是一個(gè)空前眼花繚亂的移動(dòng)通信服務(wù)世界 。 7 LTE (Long Term Evolution)技術(shù) 進(jìn)一步改進(jìn)和增強(qiáng)現(xiàn)有 3G技術(shù)的性能 ， 以應(yīng)對(duì)現(xiàn)有WiMAX等新興寬帶無線接入 （ BWA） 技術(shù)的競爭 。 LTE采用原計(jì)劃用于 B3G/4G的 OFDM、MIMO等技術(shù) ， 為 3G技術(shù)向 B3G/4G演進(jìn)提供了一個(gè)臺(tái)階 ， 使 3G向 4G的演進(jìn)相對(duì)平滑 。 8 而與此同時(shí)，以 IEEE 表的 WLAN技術(shù)，以及以 IEEE 表的 WiMAX下一代寬帶無線接入技術(shù)，甚至還包括以 DVBT、 DVBH為代表的數(shù)字電視地面無線廣播技術(shù)，如此眾多的成熟和即將成熟的無線通信技術(shù)，在不久的將來將共同組成一個(gè)高效、靈活和可靠的無線通信網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。 9 圖 11 信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的總體發(fā)展歷程和趨勢 10 ?通信市場正在呈現(xiàn)出 話音業(yè)務(wù)移動(dòng)化，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)寬帶化 的發(fā)展趨勢； ?電信網(wǎng)絡(luò)也正向無線化和寬帶化發(fā)展； ?在以 ITU和 3GPP/3GPP2引領(lǐng)的蜂窩移動(dòng)通信從 3G到 E3G， 再走向 B3G/4G的演進(jìn)道路上 ， 各種無線技術(shù)通過相互競爭互相借鑒和學(xué)習(xí) ， 使得寬帶無線通信技術(shù)不斷完善 ， 網(wǎng)絡(luò)安全性 、 實(shí)用性不斷增強(qiáng)； 寬帶無線通信技術(shù)發(fā)展背景 11 ?豐富的市場終端支持 ， 整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈已逐漸成熟； ?政府社會(huì)信息化建設(shè)需求 ， 加速了寬帶無線通信的發(fā)展 。 12 圖 12 移動(dòng)寬帶接入的需求日益 提高 截止 2023年初 ， 全球手機(jī)用戶數(shù)量達(dá)到 60億 ， 全球有超過 。 13 ISDN VDSL CATV xDSL 1990 100K 1M 10M 100M 1G 1995 2023 Data speed 1K 10K Voice band modem 2023 2023 ● WCDMA TDSCDMA cdma200 ● cdma2023 EVDO () ● WCDMA/TDSCDMA HSDPA (14M) ● LTE (50M/100M) 圖 13 固網(wǎng)上的應(yīng)用在數(shù)年后會(huì)在移動(dòng)網(wǎng)上出現(xiàn) 14 ?國際電信聯(lián)盟報(bào)告 ITUR ： ?窄帶（ narrowband）：是指數(shù)據(jù)傳輸速度在 100kbit/s以下的通信服務(wù)； ?寬帶（ wideband） ：是指數(shù)據(jù)傳輸速度比窄帶高，通?？蛇_(dá)幾百 kbit/s； ?寬帶（ broadband） ：是指數(shù)據(jù)傳輸速度在 1Mbit/s以上，典型傳輸速度在1~100Mbit/s之間。 寬帶無線通信的概念 15 ?FCC（ Federal Communications Commission ） 2023年 07月 24日為 “寬帶 ”這個(gè)詞語下了一個(gè)定義， FCC認(rèn)為寬帶意味著下載速率為 4Mbps，上行為 1Mbps，可以實(shí)現(xiàn)視頻等多媒體應(yīng)用，并同時(shí)保持基礎(chǔ)的 Web瀏覽和 EMail特性。 ?目前的寬帶對(duì)家庭用戶而言是指傳輸速率超過 1M，可以滿足語音、圖像等大量信息傳遞的需求。 16 ?大系統(tǒng)容量、高業(yè)務(wù)速率支持能力，亟待發(fā)展的核心技術(shù)領(lǐng)域； ?世界各國高新技術(shù)支柱產(chǎn)業(yè)； ?當(dāng)前和今后國際學(xué)術(shù)界及產(chǎn)業(yè)界競爭焦點(diǎn)； ?瓶頸問題突出，發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)： ?業(yè)務(wù)需求旺盛，增長迅猛； ?頻譜資源受限，形成瓶頸。 寬帶無線通信的特點(diǎn) 17 ?我國的國家科技重大專項(xiàng) “新一代寬帶無線移動(dòng)通信網(wǎng) ”屬于 《 國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要 (20232023年 )》 中確定的 16個(gè)重大科技專項(xiàng)之一。 ?正在制定 “寬帶中國 ”戰(zhàn)略。 2023年 4月工信部召開寬帶戰(zhàn)略全國啟動(dòng)動(dòng)員會(huì)，我國寬帶提速的目標(biāo)是到 2023年末，城市家庭上網(wǎng)帶寬達(dá)到 20M，農(nóng)村家庭上網(wǎng)帶寬達(dá)到 4M。目前寬帶中國戰(zhàn)略已經(jīng)上升到國家層面，具體規(guī)劃預(yù)計(jì)在年底正式出臺(tái)。 18 寬帶無線接入概述 接入網(wǎng)的定義 根據(jù)國際電信聯(lián)盟（ ITUT）關(guān)于接入網(wǎng)框架建議（ ），接入網(wǎng)是在業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口（ SNI）和用戶網(wǎng)絡(luò)接口（ UNI）之間的一系列為傳送實(shí)體提供所需傳送能力的實(shí)施系統(tǒng)，可經(jīng)由管理接口（ Q3）配置和管理。因此，接入網(wǎng)可由三個(gè)接口界定，即網(wǎng)絡(luò)側(cè)經(jīng)由 SNI與業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)相連，用戶側(cè)由UNI與用戶相連，管理方面則經(jīng) Q3接口與電信管理網(wǎng)（ TMN）相連。 19 圖 14 接入網(wǎng)架構(gòu) 20 接入網(wǎng)的重要特征： （ 1）接入網(wǎng)對(duì)于所接入的業(yè)務(wù)提供承載能力，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的透明傳送。 （ 2）接入網(wǎng)對(duì)用戶信令是透明的，除了一些用戶信令格式轉(zhuǎn)換外，信令和業(yè)務(wù)處理的功能依然在業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)中。 21 （ 3）接入網(wǎng)的引入不應(yīng)限制現(xiàn)有的各種接入類型和業(yè)務(wù)，接入網(wǎng)應(yīng)通過有限的標(biāo)準(zhǔn)化的接口與業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)相連。 （ 4）接入網(wǎng)有獨(dú)立于業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過標(biāo)準(zhǔn)化的接口連接TMN， TMN實(shí)施對(duì)接入網(wǎng)的操作、維護(hù)和管理。 22 根據(jù)傳輸方式細(xì)分，可以將接入網(wǎng)分為有線接入網(wǎng)和無線接入網(wǎng)兩種方式。 對(duì)于無線接入網(wǎng)，按照空中接口承載業(yè)務(wù)帶寬的大小，又可以將其分為寬帶無線接入網(wǎng)和窄帶無線接入網(wǎng)。 23 寬帶無線接入技術(shù)基本概念 和基本特點(diǎn) 在信息通信領(lǐng)域，發(fā)展速度最快，對(duì)人們影響最大的兩大技術(shù)就是寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無線（移動(dòng)）通信技術(shù)，這兩大技術(shù)的結(jié)合，即為寬帶無線接入（ Broadband Wireless Access， BWA） 技術(shù) 。 BWA技術(shù)指從用戶終端到業(yè)務(wù)交換點(diǎn)之間通信鏈路采用無線鏈路的寬帶接入技術(shù)，它實(shí)際上是核心網(wǎng)絡(luò)的無線延伸。 24 與傳統(tǒng)的有線接入方式相比 ， BWA具有如下特點(diǎn) 。 （ 1） 覆蓋范圍靈活 ， 單基站 （ 或接入點(diǎn) ）的覆蓋范圍通常從幾十米到幾公里數(shù)量級(jí)不等 ， 可以使 BWA技術(shù)靈活地應(yīng)用于從局域網(wǎng)到城域網(wǎng)的整個(gè)區(qū)域 。 （ 2）工作頻帶寬，可提供寬帶接入。 25 （ 3） 啟動(dòng)資金較小 ， 不需要進(jìn)行大量的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè) ， 初期投入少 ， 僅在增加用戶（ 即有業(yè)務(wù)收入 ） 時(shí)才需增加資金投入 。 （ 4） 提供服務(wù)速度快 ， 無線系統(tǒng)安裝調(diào)試容易 。 （ 5） 頻率復(fù)用度高 ， 系統(tǒng)容量大 。 （ 6） 靈活的鏈路自適應(yīng)技術(shù) 。 26 （ 7） MAC層具備調(diào)度機(jī)制 。 （ 8） 動(dòng)態(tài)帶寬分配能力 。 （ 9） 安全性 。 （ 10） 在發(fā)展方面極具靈活性 。 （ 11） 提供優(yōu)質(zhì)價(jià)廉的多種業(yè)務(wù) 。 （ 12） 運(yùn)營維護(hù)成本低 。 27 ? 寬帶無線接入技術(shù)從覆蓋范圍上可以分為個(gè)域網(wǎng)無線寬帶接入技術(shù) 、 局域網(wǎng)寬帶無線接入技術(shù) 、 城域網(wǎng)寬帶無線接入技術(shù)和廣域網(wǎng)寬帶無線接入技術(shù)四類 。 （ 1） 無線個(gè)域網(wǎng) （ WPAN） 覆蓋范圍從幾厘米到幾米 ， 為不同設(shè)備間提供雙向短程通信 ， 以藍(lán)牙技術(shù)為代表 。 （ IEEE ） 寬帶無線接入技術(shù)的分類 28 （ 2） 無線局域網(wǎng) （ WLAN） 覆蓋范圍從幾米到幾百米 ， 可以為一定范圍內(nèi)的用戶提供共享的無線接入帶寬 ， WiFi是其代名詞 。它的最大特點(diǎn)是便攜性 ， 主要用來解決用戶“最后 100米 ”的通信需求 ， 定位于熱點(diǎn)地區(qū)的高速游牧數(shù)據(jù)接入 ， 不支持高速移動(dòng)性 。 （ IEEE ） 29 （ 3） 無線城域網(wǎng) （ WMAN） 覆蓋范圍為幾公里數(shù)量級(jí) （ 3km～ 5km是典型值 ， 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路的覆蓋可以高達(dá)幾十公里 ） ， 是為解決寬帶接入 “最后一公 里 ”問題而專門設(shè)計(jì)的 ， 可以提供支持 QoS能力和一定范圍移動(dòng)性的共享接入能力 。 MMDS、 LMDS和WiMAX等技術(shù)屬于城域網(wǎng)范疇 。 （ IEEE ） 30 （ 4） 無線廣域網(wǎng) （ WWAN） 。 覆蓋范圍更廣 ， 最主要的是可以支持全球范圍內(nèi)的廣泛的移動(dòng)性 ， 屬于 B3G和 4G的范疇 ， IEEE iBurst和 Flash O