【文章內(nèi)容簡介】 ......................................................... 66 1 前言 在此我對(duì)無線寬帶網(wǎng)的研究是為了對(duì)無線寬帶接入技術(shù)有更深的了解和認(rèn)識(shí)，研究主要針對(duì)無線局域網(wǎng)技術(shù) ,WIMAX, 接口和新的無線接入技術(shù)。在此前以后人們對(duì)其進(jìn)行過研究，但在此我將借鑒前人的的研究，對(duì)其進(jìn)行一次更加升入全面的分析。在此研究之中我們將認(rèn)識(shí)到更多有關(guān)于無線寬帶的知識(shí)，對(duì)其有更為深刻的了解，希望以此使得大家更加關(guān)注無線寬帶網(wǎng)技術(shù)，使其在未來通信行業(yè)之中獲得更多重視。因?yàn)槠浼夹g(shù)日益的成熟，將會(huì)逐步改變我們的生活，給我們帶來更多方便和驚喜。 2 第 1 章 寬帶無線接入技術(shù)概述 基本概念 接入網(wǎng)概念 從電信角度：全網(wǎng)分為：公眾網(wǎng)和用戶駐 地網(wǎng)（ cpn）。其中公眾網(wǎng)又可以分為長途網(wǎng) ,中繼網(wǎng) ,接入網(wǎng)，長途網(wǎng)和中繼網(wǎng)組成為核心網(wǎng)。 接入網(wǎng)：業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口（ SNI） ,用戶網(wǎng)絡(luò)接口（ UNI） ,傳送實(shí)體（線路和傳輸設(shè)施）所組成的實(shí)施系統(tǒng)，用 Q3 接口進(jìn)行配置。從市話端局（本地交換機(jī)）至用戶終端之間的部分屬于接入網(wǎng) [1]。 接入網(wǎng)分為：有線和無線。其中有線接入網(wǎng)中有：光纖接入網(wǎng) ,銅纜接入網(wǎng) ,混合光纖 /同軸電纜網(wǎng)。無線接入網(wǎng)有：集群通信網(wǎng) ,蜂窩移動(dòng)網(wǎng) ,微波通信網(wǎng) ,衛(wèi)星通信網(wǎng) ,。 寬帶無線（ BWA） 交換節(jié)點(diǎn)到用戶終端采用無線技術(shù)。 1．覆蓋：單基站： 幾十米到幾千米，應(yīng)用于局域網(wǎng)到城域網(wǎng)。 2．應(yīng)用頻率： 2GHZ~幾十 GHZ。 3．頻譜利用率高：采用 OFDM/OFDMA 技術(shù)。 4．靈活的鏈路自適應(yīng)技術(shù) 。 5． MAC 層具備調(diào)度機(jī)制。 6．動(dòng)態(tài)寬帶分配能力。 7． 安全性。 8．承載業(yè)務(wù)正從話音及數(shù)據(jù)兼顧的業(yè)務(wù)向純數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)。 9．應(yīng)用模式從固定向移動(dòng)方向轉(zhuǎn)。 分類 1．按照覆蓋區(qū)域劃分：個(gè)域網(wǎng) ,局域網(wǎng) ,城域網(wǎng) ,廣域網(wǎng) , 2．針對(duì)電信運(yùn)營商應(yīng)用需求進(jìn)行劃分： WLAN（無線局域網(wǎng)）， FBWA（固定無線接入）， MBWA（移動(dòng)無線接入） 3 BWA 傳統(tǒng) 屬 于“最后一公里”技術(shù)：高頻段的 LMDS,低頻段的 MMDS。 LMDS（本地多點(diǎn)系統(tǒng)）： 26GHZ,28GHZ,36GHZ 和 38GHZ。特點(diǎn)在于帶寬大，覆蓋在 5km 以內(nèi)，適于商務(wù)熱點(diǎn)。 第二代 LMDS 工作原理：通過基站式扇形區(qū)域?qū)?ATM 骨干網(wǎng)基帶信號(hào)調(diào)制為射頻信號(hào)發(fā)射。在覆蓋區(qū)內(nèi)的許多用戶終端設(shè)備將接收并把射頻信號(hào)還原為ATM 信號(hào)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向?qū)ΨQ高寬帶無線傳輸。 LMDS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)： 優(yōu)點(diǎn)：提供 35~58Mbps 下行，而商用戶高達(dá) ~，成本低 ,項(xiàng)目啟動(dòng)快 ,建設(shè)周期短 ,維護(hù)成本低。 面臨問題： 1． 政策方面：運(yùn)營商和廠商的每一實(shí)施步驟都必須得到政府許可。例如頻率申請(qǐng)和實(shí)驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)。 2． 技術(shù)方面：沒有統(tǒng)一的接口和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，視距傳輸受雨率效應(yīng)明顯。 MMDS（多點(diǎn)多信道）：占用 ,，受氣候影響小。范圍在 10km 上 ,帶寬小 ,適用于中小企業(yè)和 SOHO 用戶?？梢蕴峁㊣NTERET 接入，本地用戶數(shù)據(jù)交換，話音業(yè)務(wù)和 VOD 視頻點(diǎn)播。 MMDS 下行頻率寬度為 2~6MHz，采用 TDM 方式，上行一般為 TDMA 方式。頻帶寬度數(shù)百 KHz，最大 MHz，采用介 質(zhì)訪問控制協(xié)議（ MAC），有效管理無線資源，但是 2~5GHz 頻率段緊張。 缺點(diǎn)：局限性：帶寬有限，僅 200MHz。信道不足，限制 MMDS 在大型商業(yè)區(qū)應(yīng)用且大范圍也容易引起小區(qū)間干擾，而 無線技術(shù)屬于 MMDS。 傳統(tǒng) BWA 技術(shù)發(fā)展 由于 LMDS 和 MMDS 并沒有形成 FBWA 領(lǐng)域的統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，所以要想使 BWA發(fā)展下去，就需要成熟技術(shù) ,統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) ,以及有效成本降低機(jī)制構(gòu)成的良性循環(huán)，到目前為止，發(fā)展較好，廣泛接受的為 IEEE 的 標(biāo)準(zhǔn)。 :既考慮了 LMDS 系統(tǒng)的兼容，又考慮了 LMDS 技術(shù)發(fā)展。其大力推廣 FBWA 發(fā)展。 標(biāo)準(zhǔn)為點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（ PMP）寬帶固定無線接入系統(tǒng)的權(quán)威規(guī)范，最初為 10~66GHz 規(guī)范，之后又對(duì) 2~11GHz 頻段進(jìn)行了規(guī)范。 4 BWA 是各種無線通信領(lǐng)域新技術(shù)和各類計(jì)算機(jī)領(lǐng)域齊心合力，發(fā)揮新思路智慧的“結(jié)晶”。是 IT 與 CT 技術(shù)的融合5 第 2 章 WLAN 技術(shù) 無線局域網(wǎng)特點(diǎn) WLAN：是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)物 ,特點(diǎn)： 1. 安裝便捷 2. 移動(dòng)性好：支持室外 300m，辦公環(huán)境 10~100m。 3. 易擴(kuò)展性：每個(gè) AP 支持 100 多個(gè)用戶。 4. 可靠性：使用以 太網(wǎng)類似的連接協(xié)議和數(shù)據(jù)包確認(rèn)。 無線局域網(wǎng)體系 其中 ：工作于 ，物理層采用紅外， DSSS（直接序列擴(kuò)頻） 或 FSSS（跳頻擴(kuò)頻）技術(shù)，共享速率高達(dá) 2Mbps。主要解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中用戶端的無線接入問題 [1]。 ：工作在 5GHz 頻段上，使用 OFDM 調(diào)制技術(shù)，可支持 54Mbps 速 率傳輸。優(yōu)點(diǎn)在于傳速高 ,干擾小。 缺點(diǎn)：價(jià)格高， 是 協(xié)議的擴(kuò)展，可支持高達(dá) 11Mbps速率，在 頻段上，采用調(diào)制技術(shù) CCK。 優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格低，速率低。 ：定義了一些物理層方面要求，以適應(yīng) 設(shè)備在國家無線電管制上的要求。 是 MAC 層標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上為了滿足在安全性和 QOS 等方面的進(jìn)一步要求，相繼提出了 , 和 等標(biāo)準(zhǔn)。 增強(qiáng)了 層，為 WLAN 應(yīng)用提供了 QOS 支持能力。, , 對(duì)物理層的改 進(jìn)結(jié)合，使得 系統(tǒng)能讓 WLAN 支持語音和視頻應(yīng)用。 ：定義了一套稱為 IAPP 協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)不同供應(yīng)商的接入點(diǎn)間的互操作性。 ：為新的物理 OFDM 調(diào)制技術(shù)，速率提高到 20Mbps 以上，與6 系統(tǒng)互通，共存一個(gè) AP 網(wǎng)絡(luò)里，保障了后向兼容性，使原有 WLAN系統(tǒng)向高速 WLAN 過渡，延長了 的壽命，降低了投資。 ：在 a 的基礎(chǔ)上增加了動(dòng)態(tài)頻率選擇（ DFS）和發(fā)送功率控制（ TPC）功能。 和 ： 是 IEEE802 系列 LAN的整體安全體系架構(gòu)，包括認(rèn)證（ EAP 和 Radius）和密鑰管理功能， 則是對(duì) MAC 層在安全性方面增強(qiáng)，與 一起，為 WLAN 提供認(rèn)證和安全機(jī)制。 ：為適應(yīng)在 5GHz 以上應(yīng)用不同而制定的標(biāo)準(zhǔn)，在 ~之間，歐洲允許 200mw 功率，日本僅允許 160mw。 ：為 WLAN 應(yīng)該如何進(jìn)行信道選擇，漫游服務(wù)和傳輸功率控制提供了標(biāo)準(zhǔn)。在 WLAN 中 ，每個(gè)設(shè)備通常會(huì)連接到提供信號(hào)最強(qiáng)的接入點(diǎn)，這樣會(huì)導(dǎo)致其他接入點(diǎn)利用率低，對(duì)一個(gè)接入點(diǎn)利用過度，為此用 來規(guī)范。 ：對(duì) 家族規(guī)范進(jìn)行維護(hù)，修改，改進(jìn)，以及解釋。 ：為新的高速無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，其將 的速度從56Mbps 提升到 108Mbps 以上，最高可達(dá) 320Mbps，共采用雙頻工作模式（ 和 5GHz），保障了 , , 標(biāo)準(zhǔn)的兼容，還用MIMO 與 OFDM 技術(shù)相結(jié)合，使速率成倍提升，另外采用智能無線技術(shù)極高性能的傳輸技術(shù)，使傳輸距離大大加長，可達(dá)到幾千米（并保證 100Mbps 的傳輸速率），其全面改進(jìn) 標(biāo)準(zhǔn)從物理層標(biāo)準(zhǔn)，采用新的高性能天線傳輸技術(shù)，優(yōu)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐性能。 ：針對(duì) VoWLAN 制定，實(shí)現(xiàn)更快的無限跨區(qū)切換，以及讀取語音比數(shù)據(jù)有更高的傳輸優(yōu)先權(quán)。 ：針對(duì)汽車通信的特殊環(huán)境而制定的。 ：通過將虛擬 LAN 映像到無線網(wǎng)絡(luò)上，實(shí)現(xiàn) WLAN 上對(duì) VLAN的支持。 ：立足進(jìn)行 FBT（快速切換）的研究，目的是為了研究實(shí)現(xiàn)支持時(shí)延敏感業(yè)務(wù)的快速切換技術(shù)。 ：建立在 a， b， g， i 上，兼容這些標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)具有“自動(dòng)發(fā)現(xiàn)”7 和“自愈”功能。 ：定義了測試 WLAN 的量度和方法。 ：定義了 WLAN 與其他網(wǎng)絡(luò)的交互性，讓更多產(chǎn)品將兼具 WiFi與其他無線協(xié)議。 ：在 k 的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步向運(yùn)營商增強(qiáng)由 WLAN 提供的服務(wù)。 其他標(biāo)準(zhǔn)： FliperLAN1/HiperLAN2， MMAC 標(biāo)準(zhǔn)。 為了推動(dòng) 3G 和 WLAN 兩種技術(shù)的協(xié)議發(fā)展，目前重點(diǎn)研究如何利用 3G 網(wǎng)絡(luò)能力，向 WLAN 系統(tǒng)提供用戶接入認(rèn)證和計(jì)費(fèi)業(yè)務(wù)。 的體系結(jié)構(gòu) 無線局域網(wǎng)由端站（ STA），接入點(diǎn)（ AP） ，接入控制器（ AC） ， AAA 服務(wù)器以及網(wǎng)元管理單元組成。 圖 21 無線局域網(wǎng)參考模型 接口定義： WA 接口：空中接口。 WB接口：為邏輯接口，可以不對(duì)應(yīng)具體的物理接口。 WT 接口：為邏輯接口，可以不對(duì)應(yīng)具體的物理接口。 WU接口：公眾無 線局域網(wǎng)（ PWLAN）和 Inter 之間的接口。 WS接口：為邏輯接口，可以不對(duì)應(yīng)具體的物理接口。 WP接口： AC 與 Portal 服務(wù)器之間接口，也為為邏輯接口，可以不對(duì)應(yīng)具體的物理接口。 WM 接口： PWLAN 與網(wǎng)元管理單元之間的接口，該接口為為邏輯接口，可以不對(duì)應(yīng)具體的物理接口。 網(wǎng)絡(luò)單元功能： STA：無線網(wǎng)絡(luò)中的終端，可以通過不同接口接入計(jì)算機(jī)終端。也可以是非計(jì)算機(jī)終端上的嵌入式設(shè)備。 AP：通過無線鏈路和 STA 通信， AP 上行方向通過 WB接口采用有線方式與 ACSTA AP AC 網(wǎng)元管理單元 AAA 服務(wù)器 IP 城域網(wǎng) Portal 服務(wù)器 WT WA WM WP WU WS WB 8 連接。 AC：在無線局域網(wǎng)和外部網(wǎng)之間充 當(dāng)網(wǎng)關(guān)功能。 AAA 服務(wù)器具備認(rèn)證，授權(quán)和計(jì)費(fèi)（ AAA）功能。 Portal 服務(wù)器負(fù)責(zé)完成 PWLAN 用戶門戶網(wǎng)站的推送，為必選網(wǎng)絡(luò)單元。 接口要求： ：（ 1）物理層： 下，可用帶寬 ，劃分為 13 個(gè)信道，每個(gè)信道帶寬 22MHz。 物理層具體要求： 下空中接口必須符合 和 /或 規(guī)定。 的 WLAN 設(shè)備必須支持 DSSS 方式，不應(yīng)采用 FHSS（跳頻擴(kuò)頻）方式。 的設(shè)備，必須兼 容 的設(shè)備。 下： (1)信道劃分：可用帶寬 125MHz，分為 5 個(gè)信道，每個(gè)信道帶寬為 20MHz。信道中心頻率為： 5000+5*n（ MHz） ，其中 n=149， 153， 157， 161， 165。 (2)物理層要求： 空中接口符合 的規(guī)定。 采用 OFDM調(diào)制方式，設(shè)備支持 8 種速率等級(jí)： 54， 48， 36， 24， 18， 12， 6Mbps，系統(tǒng)使用 52 個(gè)子載波，可以采用 BPSK， QPSK， 16QAM 和 64QAM 調(diào)制方式，卷及編碼速率為 1/2,2/3,3/4。 (3)MAC 層要求： ○ 1 必須符合 規(guī)定。 ○ 2 支持分布式協(xié)調(diào)功能（ DCF）。 ○ 3 支持點(diǎn)協(xié)調(diào)功能（ PCF）。 ○ 4 支持虛擬載波偵聽機(jī)制。 ○ 5 支持節(jié)電模式和激活模式，并能相互轉(zhuǎn)換。 ○ 6 支持 MSDU 和 MMPDU 的分段和重組功能。 ○ 7 支持基于 SSID 和 WEP 加密的安全服 務(wù)。 9 B： MAC 幀幀結(jié)構(gòu) （ 1）幀控制域（ Frame control）：由多個(gè)子域構(gòu)成，每個(gè)子域?qū)?yīng)不同的比特?cái)?shù)。 協(xié)議版本（ Protocol Version）： 2 比特， MAC 協(xié)議的版本號(hào)，類型（ TYPE）：2 比特，標(biāo)識(shí)了幀的類型，包含管理幀，數(shù)據(jù)幀和控制幀。 子類型（ Subtype）： 4 比特，和類型域共同標(biāo)識(shí)了特定幀的類型。 To DS： 1 比特，在所有發(fā)送 DS 給數(shù)據(jù)幀中，該域置 1， 其他幀中置為 0. From DS： 1 比特，在所有 DS 發(fā)送的數(shù)據(jù)幀中，該域置 1，其他幀中置為 0. 更多分段（ More Fragment）： 1 比特，標(biāo)識(shí)該幀之后是否有當(dāng)前 MSDU 或 MMPDU的分段。 重傳（ Retry）： 1 比特，標(biāo)識(shí)該幀是否為重傳幀。 功率管理（ Power Management）： 1 比特，標(biāo)識(shí) STA 的功率管理狀態(tài)。 更多數(shù)據(jù)（ More Data）： 1 比特，用于通知處于節(jié)電模式的 STA， AP 緩沖區(qū)中有待的 MSDU 或 MMPDU。 WEP： 1 比特，標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)是否進(jìn)行了 WEP 加密。 Order： 1 比特，在任何包含 MSDU 或分段的數(shù)據(jù)幀中，該域置為 1 其他幀置為 0. （ 2） Duration/ID 域 ：長度 16 比特，在不同類型的幀中，該 域代表關(guān)聯(lián) ID 或持續(xù)時(shí)間。 （ 3） 地址域： MAC 幀格式中包含 4 個(gè)地址域，這 4 個(gè)域共同標(biāo)明了 BSSID。 （ 4） 順序控制域：由順序號(hào)（ 12 比特）和分段序號(hào)（ 4 比特）。 （ 5） 數(shù)據(jù)域：是可變長度域，對(duì)應(yīng)高層協(xié)議數(shù)據(jù)。 （ 6） 幀校驗(yàn)域：幀校驗(yàn)（ FCS）域位于 MAC 幀尾，是 32 比特， CRC 校驗(yàn)碼，F(xiàn)CS 校驗(yàn)范圍覆蓋 MAC 幀頭和數(shù)據(jù)域。 其他 MAC 層功能 MAC 層應(yīng)支持自動(dòng)信道探索（ Probe）