《无线宽带接入》PPT课件.ppt

第6章无线宽带接入技术6.1本地多点分配业务本地多点分配业务(LMDS)是一种可提供多种宽带业务的点对多点(基站到用户）的微波技术,工作频段一般为10GHz40GHz,可用带宽大于1GHz。LMDS采用小区制技术，小区半径一般在5km左右，用户接入速率高达155Mb/s。采用ATM信元做为基本的无线传输机制。,适用于高密度用户地区或光纤、铜线等有线手段很难到达的区域，满足用户对高速数据和图像通信日益增长的需求，特别适用于突发性数据业务和Internet接入。,1.LMDS系统技术特点：(1)频率复用高、系统容量大(2)工作频带宽、可提供宽带接入(3)运营商启动资金较小，后期扩容能力强，投资回收快(4)提供业务种类多、速度快(5)在用户发展方面极具灵活性和可扩展性,LMDS系统局限性：(1)LMDS服务区覆盖范围较小，小区半径一般在5km左右,不适合远程用户使用；(2)不适用于降雨量大的地区，会受“降雨衰减”效应的限制；(3)不适用于地形、地物变化较大的地方；(4)传输质量在无线覆盖区边缘不稳定；(5)LMDS仍属于固定无线通信，缺乏移动灵活性。,一LMDS系统结构典型的LMDS系统结构由基站、终端站、网管系统组成。,1基站位于服务区的中心，负责进行用户端的覆盖，可对不同扇区的多个终端站提供服务；提供与核心网的接口，完成SNI接口与空中无线接口之间信号的处理与变换；并负责LMDS系统无线资源管理。基站包括室内单元和室外单元两部分。室内单元作为控制器：将来自各个扇区不同用户的上行业务信息进行适配和汇聚复用，送往核心网，同时将来核心网的下行业务信息分送至各个扇区。,室外单元作为射频设备：将中频信号变换至相应的微波频段，通过天线发射出去，或将天线收到的微波信号变换至中频信号送往基站控制器，基站控制器与室外单元之间通过中频电缆相连。2终端站位于用户驻地。负责将用户通过无线方式连接至中心站并与骨干网络相连。他可以提供多种业务接口，通常有E1，POTS，10/100BaseT，FR，ATM，ISDN，N64kb/s等，可以支持多种应用。,主要任务：终端站设备通过TDM与FDM广播方式在中心站到终端站的下行链路上接收由中心站传来的数据信息；在终端站到中心站的上行链路上利用TDMA或FDMA方式共享整个扇区带宽所发送的用户信息。终端站包括室内单元和室外单元两部分。室外单元包括微波收发器、定向天线。,室内单元包括调制解调单元和用户接口单元，可提供多种业务接口，支持多种应用。3网管系统主要负责管理多个区域内的用户网络，负责完成告警与故障诊断、系统配置、计费、系统性能分析和安全管理等功能。可对基站和终端站设备进行集中监控、实现无人值守。二LMDS主要技术1调制技术主要有相移键控(4PSK又称QPSK)和正交幅度调制(4QAM、16QAM、64QAM)等。,调制技术越复杂，相同条件下覆盖的范围越小。并通过采用自适应调制技术来动态改变所采用的调制方式，为每个用户设定最佳的调制方式，以适应基站与终端站之间的环境和干扰变化。2.无线频谱规划LMDS系统的工作频段一般为10GHz40GHz，带宽通常为1GHz以上，属于微波频段。由于该波段的微波在空间直线传输，只能实现视距接入，所以在基站和终端站之间的无线传输路径上不能存在任何阻挡。,我国LMDS系统占用频段为26GHz，按FDD双工方式规划的LMDS工作频率范围为24.45027.000GHz，具体规定如下：下行射频(基站发、终端站收)为24.50725.515GHz上行射频(终端站发、基站收)为25.57526.765GHz,4组网技术LMDS系统主要采用多扇区蜂窝组网技术。通常将一个地区划分为若干小区，一个基站为一个小区，每个小区可分为多个扇区，每个小区内的基站设备经点到多点无线链路与小区内的用户端通信。5.多址方式LMDS下行主要采用TDM（时分复用）的方式将信号向相应扇区广播，每个用户终端在特定的频段内接收属于自己的信号。基站设备主要以TDMA和FMDA中的一种接收来自本扇区内多个远端用户的信号。多址方式是指基站设备采用何种办法正确接收来自本扇区内多个远端用户的信号.,如果采用TDMA方式，则若干远端站可以在相同频段的不同时隙向基站发射信号，需要同步和定时，效率较低(与FDMA比)，需预先分配时隙，支持按需分配带宽，这种方式更适合为突发性的数据业务提供服务，可以实现灵活的带宽分配，统计复用。比如Internet接入应用比较有优势。如果采用FDMA方式，则相同扇区中不同远端在不同频段上向基站发射信号，彼此互不干扰。由于这种方式则适合于业务量大、稳定、突发少的租用线业务。,三LMDS提供的业务(1)话音业务LMDS系统是一种高容量的点对多点微波传输技术，可实现PSTN主干网无线接入,可提供高质量的话音服务。(2)数据业务LMDS的数据业务包括低速数据业务、中速数据业务、高速数据业务，支持局域网互连，并支持多种协议，包括帧中继、ATM、TCP/IP等。,(3)IP接入业务LMDS可以直接实现Internet的无线接入，数据传输速率为1.2kb/s155Mb/s，也可以通过ATM交换机间接实现Internet的无线接入。(4)视频业务LMDS能提供模拟和数字视频业务。如远程医疗、高速会议电视、远程教育、VOD等。应用领域：大客户的综合宽带接入、网吧宽带接入、公话超市、移动基站互连以及电路出租等。,9.2多路多点分配业务多路多点分配业务(MMDS)是一种点对多点分布、提供宽带接入业务的无线接入技术.主要用于电视节目的无线传输。MMDS工作频段主要集中在2GHz5GHz，可应用于半径为40km左右的大范围覆盖。9.2.1MMDS系统结构一般由基站、用户站、网管系统组成。一个数字MMDS系统主要由MMDS发射机、发射天线和接收天线、机顶盒等设备组成。,1MMDS发射机主要任务是将输入的视频、音频和数据信号，经MPEG-2数字压缩、数字复接和QAM调制、再经过上变频器后输出MMDS微波信号。2天线数字MMDS发射天线即基站天线，发射功率一般为500W、800W，覆盖范围可4050km左右.MMDS接收天线即用户站天线，一般采用比较简单的屋顶天线，天线尺寸一般为0.53.0m，天线形状一般为矩形栅状或圆形栅状。,3降频器即降频变换器,是数字MMDS的下变换器,它将数字MMDS信号变换到射频数字信号。4机顶盒数字MMDS机顶盒是数字MMDS接收解码器。它将数字MMDS的下变换器输出的RF数字信号转换成模拟电视机可以接收的信号。,9.2.2MMDS主要技术1调制技术主要有相移键控(4PSK又称QPSK)和正交幅度调制(4QAM、16QAM、64QAM)等。2多址技术上行多址方式为TDMA、CDMA，下行复用方式为TMD、FDM方式等。3无线频谱规划MMDS系统工作频段主要集中在2GHz5GHz，这个频段的资源比较紧张，各个国家能够分配给MMDS使用的频率要比LMDS少得多。,我国国家无线电管理委员会规定：MMDS的工作频段为2.535GHz2.599GHz，只有64MHZ带宽，只能传送8个PAL-D频道节目。4组网技术MMDS系统为视距传播，支持多扇区组网方式。一般情况下采用单基站系统、点到多点应用形式。,9.2.3MMDS提供的业务MMDS技术是以视距传输为基础的图像分配传输技术，可提供模拟视频、数字视频、双向数据传输、Internet接入和电话业务等，还支持用户终端业务、补充业务、GSM短消息业务和各种GPRS电信业务，适合于用户分布较分散，而业务需求却不大的用户群。【应用实例】MMDS在卫星直播电视网中的应用,9.3无线局域网1.概述无线局域网(WLAN)是指以无线电波或红外线作为传输媒质的计算机局域网。无线局域网支持具有一定移动性的终端的无线连接能力，无需布线即可灵活地组成可移动的局域网,是有线局域网的补充.无线局域网的主要应用是作为IP接入网技术，提供高速Internet无线接入业务。,无线局域网的应用价值体现在：1）可移动性：由于没有线缆的限制，用户可以在不同的地方移动工作，网络用户不管在任何地方都可以实时地访问信息。2）布线容易：由于不需要布线，消除了穿墙或过天花板布线的繁琐工作，因此安装容易，建网时间可大大缩短。3）组网灵活：无线局域网可以组成多种拓扑结构，可以十分容易地从少数用户的点对点模式扩展到上千用户的基础架构网络。4）成本优势：在需要频繁移动和变化的动态环境中，无线局域网的投资更有回报。,2.广泛使用无线局域网的领域移动办公的环境：大型企业、医院等移动工作的人员应用的环境；难以布线的环境：历史建筑、校园、工厂车间、城市建筑群、大型的仓库等不能布线或者难于布线的环境；频繁变化的环境：活动的办公室、零售商店、售票点、医院、以及野外勘测、试验、军事、公安和银行金融等，以及流动办公、网络结构经常变化或者临时组建的局域网；公共场所：航空公司、机场、货运公司、码头、展览和交易会等；小型网络用户：办公室、家庭办公室（SOHO）用户；,3.WLAN协议1985年，美国联邦通信委员会（FCC）授权普通用户可以使用ISM频段而把无线局域网推向商业化发展。ISM分别取自industrial（工业）、scientific（科研）及medical（医疗）的第一个字母，许多工业、科研和医疗设备使用的无线频率集中在该频段。FCC定义的ISM频段为902928MHZ、2.42.4835GHZ和5.7255.875GHZ三个频段。,IEEE802.11规范了无线局域网网络的媒体访问控制(mediunaccesscontrol-MAC)层及物理(physical-PHY)层。1）IEEE802.11aIEEE802.11a工作在5GHz频段，数据传输速率为6Mb/s54Mb/s动态可调，支持语音、数据和图像业务，适用室内、室外无线接入。该标准在IEEE802.11基础上扩充了标准的物理层，可采用正交频分复用(OFDM)、BPSK、DQPSK、16QAM、64QAM调制方式，可提供无线ATM接口、以太网无线帧结构接口、TDD/TDMA空中接口，一个扇区可接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。,（2）IEEE802.11bWIFI全称WirelessFidelity，又称802.11b标准，工作在2.4GHz频段，数据传输速率可在1Mb/s、2Mb/s、5.5Mb/s、11Mb/s之间自动切换，支持数据和图像业务，适用于在一定范围内移动办公的要求。该标准在IEEE802.11基础上扩充了标准的物理层，可采用直接序列扩频(DSSS)和补码键控(CCK)调制方法；在网络安全机制上，IEEE802.11b提供了MAC层的接入控制和加密机制，达到与有线局域网相同的安全级别。,(3)IEEE802.11g由于IEEE802.11b和IEEE802.11a工作在不同的频段上，物理层调制方式也不同,IEEE802.11a不能兼容目前的IEEE802.11b的产品。同时5GHz频段在许多国家还没有获得正式批准，而且11Mbit/s的传输满足不了视频服务带宽的需求。IEEE802.11g标准方案在确保兼容现有使用2.4GHz频带的IEEE802.11b的同时,实现了54Mbit/s数据传送速度。2.802.11介质访问协议：IEEE802.11无线局域网必须协调好对共享通信介质（在这里是无线电频率）的访问和使用，避免冲突的访问协议CSMA/CA。,二WLAN系统结构WLAN可通过无线电、采取不同网络结构来实现互连，通常将相互连接的设备称为站，将无线电波覆盖的范围成为服务区。WLAN中的站有3类：固定站、移动站、半移动站；装有无线网卡的台式PC机、装有无线网卡的笔记本电脑、个人数字助理(PDA)、802.11手机.,无线局域网常用设备1）无线接入点无线接入点（AccessPoint）即通常所说的AP，也被称为无线访问点。它是大多数无线网络的中心设备。无线路由器、无线交换机和无线网桥等设备都是无线接入点定义的延伸，因为它们所提供的最基础作用仍是无线接入。AP在本质上是一种提供无线数据传输功能的集线器，它在无线局域网和有线网络之间接收、缓冲存储和传输数据，以支持一组无线用户设备。接入点通常是通过一根标准以太网线连接到有线主干线路上，并通过内置或外接天线与无线设备进行通信。,(2)无线路由器无线路由器是一种带路由功能的无线接入点，它在家庭及小企业中经常应用。无线路由器具备无线AP的所有功能，例如支持DHCP、防火墙、支持WEP加密等等，除此之外还包括了路由器的部分功能，如网络地址转换（NAT）功能.无线路由器通常包含一个若干端口的交换机，可以连接若干台使用有线网卡的电脑，从而实现有线和无线网络的顺利过渡。在接入速度上，目前符合11Mbit/s、54Mbit/s的无线路由器产品在市场上都是主流产品。,3）无线网卡使用无线网络接入技术的网卡可以统称为无线网卡，它们是操作系统与天线之间的接口，在功能上相当于有线局域网设备中的网卡。无线网卡：由网络接口卡(NIC)、扩频通信机和天线组成。NIC：在数据链路层负责建立主机与物理层之间的连接.扩频通信机：通过天线实现无线电信号的发射与接收。无线网卡是用户站的收发设备，一般有USB、PCI、CF和PCMCIA无线网卡。无线网卡支持的WLAN协议标准有802.11b、802.11a/b、802.11g。,4）天线在无线网络中，天线可以达到增强无线信号的目的，可以把它理解为无线信号的放大器。天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力，而根据方向性的不同，天线有全向和定向两种。全向天线：全向天线由于无方向性，所以多用在点对多点通信的中心台。定向天线：有一个或多个辐射与接收能力最大方向的天线称为定向天线。定向天线能量集中，增益相对全向天线要高，适合于远距离点对点通信，同时由于具有方向性，抗干扰能力比较强。,3WLAN拓扑结构(1)无中心拓扑结构最简单的对等互连结构。至少有两个站，在每个站(STA)的计算机终端均配置无线网卡，终端可以通过无线网卡直接进行相互通信。,特点：无须布线，建网容易，稳定性好，但容量有限，只适用于个人用户站之间互连通信，不能用来开展公众无线接入业务。Ad-Hoc对等结构网络通信中没有一个信号交换设备，网络通信效率较低，所以仅适用于较少数量的计算机无线互连(通常是在5台主机以内)。,(2)有中心拓扑结构包含一个访问接入点(AP)作为中心站构成星型结构。在AP覆盖范围内的所有站点之间的通信和接入Internet均由AP控制。,一个AP一般有两个接口：即支持IEEE802.3协议的有线以太网接口和支持IEEE802.11协议的WLAN接口。不同站点之间不能直接进行相互通信，只能通过AP建立连接，而在Adhoc网络的BSS中，任一站点可与其它站点直接进行相互通信。网络易于扩展、便于集中管理、能提供用户身份验证；还可针对具体的网络环境调整网络连接速率；,无线AP相当于有线网络中的交换机，起着集中连接和数据交换的作用。这个AP设备就是用于集中连接所有无线节点，并进行集中管理的。一般的无线AP还提供了一个有线以太网接口，用于与有线网络、工作站和路由设备的连接。,AP覆盖范围是有限的，室内一般为100m左右，室外一般为300m左右，对于覆盖较大区域范围时，需要安装多个AP。AP在理论上可支持较多用户，但实际应用只能支持1550个用户，这是因为一个AP在同一时间只能接入一个用户终端，当信道空闲时，再由其它的用户终端争用，如果一个所支持的用户过多，则网络接入速率将会降低。,4.WLAN主要技术1扩频技术WLAN采用的扩频技术是跳频扩频(FHSS)和直接序列扩频(DSSS)。其中直接序列扩频技术因发射功率低于自然的背景噪声，具有很强的抗干扰和抗衰落能力，同时，它将传输信号与伪随机码进行异或运算，具有很高的安全性。2无线频谱规划WLAN使用的无线传输媒质是红外线和位于工业、科学、医学(ISM)频段的无线电波。,前者一般用于室内环境，以视距进行点对点传播；后者可用于室内环境和室外环境，具有一定的穿透能力。在ISM频段上，可使用的频段包括：902MHz928MHz(可用带宽26MHz)、2.4GHz2.4835GHz(可用带宽83.5MHz)、5.725GHz5.850GHz(可用带宽125MHz)，主要集中在2.4GHz频段和5GHz频段。,3安全技术(1)扩展服务集标识号(ESSID)WLAN对无线AP设置不同的SSID，只有当用户站给出的SSID与无线AP的SSID相匹配，才能访问该AP。从而为无线局域网提供一定的安全性。(2)MAC地址过滤WLAN每个用户站网卡都由唯一的物理地址(MAC地址)标识，因此可以在无线AP中设置一组允许访问的MAC地址列表，实现物理地址过滤，控制用户站无线网卡的访问。,(3)有线对等加密(WEP)WLAN在链路层采用RC4对称加密技术，用户的加密钥匙与AP的密钥相同才能获准存取网络的资源。(4)用户认证在无线AP中，增加了用户认证功能，只有通过认证的用户才能访问无线网络。,4无线漫游技术WLAN中的无线漫游是指在不同的无线AP(SSID)之间，用户站与新的无线AP建立新的连接，并切断与原来无线AP连接的接续过程。无线用户站可以在整个WLAN覆盖区内移动，无线网卡能够自动发现附近信号强度最大的无线AP，并通过这个无线AP收发数据，保持不间断的网络连接。,WLAN的组网,通过无线网卡组建无线局域网,点对点模式中的一个节点必须能同时“看”到网络中的其他节点，否则就认为网络中断，因此对等网络只能用于少数用户的组网环境，比如25个用户。家庭用户可以使用Ad-hoc将一个特定的文件快速从一台计算机移动到另一台计算机。,2.通过无线AP组建无线局域网,所有的用户都是通过AP才能转发数据包由于无线带宽为共享带宽，建议AP可接入20-30个用户AP覆盖半径可达上百米AP可以连接到有线网络，实现无线网络和有线网络的互联,多个AP模式多AP的应用一般都是出现在企业中，企业中应用多个AP，大多都是因为单AP覆盖面积有限，为了扩展无线网络的覆盖范围，客户能够在网络中无缝漫游的目的。扩展服务区（ESS）内的每个AP都是一个独立的无线网络基本服务区（BSS），所有AP共享同一个扩展服务区标示符（ESSID）。相同的ESSID的无线网络间可以进行漫游。相同或相邻的信道(Channel)存在相互干扰，有必要将相邻的AP使用不同的信道.有必要将相邻的AP使用不同的信道，而且最好信道号间隔5个，这样干扰最少，如:1、6、11,我国802.11b/g工作频段在2.4G可用带宽83.5M划分13个信道每个信道带宽为22M,无线网桥模式不同局域网之间互连时，可利用无线网桥的方式实现点对点的连接，无线网桥不仅提供物理层和数据链路层的连接，而且还提供高层的路由与协议转换.点对点桥接模式：这种模式多应用于两个局域网距离并不很远，但由于中间的地带有阻碍，不方便布线连接的情况(如隔河相对的两栋建筑物)。,装定向天线,它的高集中定向传输，适合这种应用环境，有利于提高信号强度保障稳定性。AP之间不要有障碍物阻挡，否则衰减会比较严重。,点对多点桥接模式：这种模式多应用于多个不便布线的建筑物之间互联,无线中继模式这种应用多用于两个局域网相隔比较远，或者中间有障碍无法直接做桥接的情况.无线中继器用来在通信路径的中间转发数据，从而延伸系统的覆盖范围。,四WLAN提供的业务WLAN基本业务范围：高速因特网接入、局域网互连、会议电视。WLAN扩展业务范围：付费电视、视频点播、网络教学、网络购物、远程医疗、IP电话/传真。【业务实例】中国电信“天翼通”业务天翼通是中国电信推出的一种基于WLAN技术的宽带业务，提供了最后10100米的无线宽带接入方式，是中国电信固定宽带网业务的延伸，是Internet宽带接入业务的补充。,天翼通业务模式：(1)家庭，不须布线，不破坏装潢，亦可实现家庭内多台终端的联网，共同上网。(2)办公区，可以直接实现高速上网、实现办公区内的随时随地的移动办公。(3)公共区，用户可在公共场所使用天翼通公共区上网帐号得到无线上网服务。(4)漫游服务，家庭用户利用天翼通上网帐号可以实现家庭、公共区的漫游服务；公共区用户也可以实现多个公共区地点的漫游服务；企业用户可以使用家庭或公共区注册帐号得到以上的漫游服务。,五WLAN接入应用实例WLAN在机场接入方案中的应用,【应用实例2】电信运营级WLAN系统建设方案,