通信技术毕业设计（论文）-浅析WIMAX技术在校园中的应用.doc

三门峡职业技术学院毕业论文 三门峡职业技术学院信息工程系毕业设计论文 毕业论文题目： 浅析wimax技术在校园中的应用 专 业： 通信技术专业 年 级： 09级 学 号： 姓 名： 指 导 老 师： 摘 要近年来，无线宽带技术蓬勃发展。随着技术的进步，无线宽带网的建设也开始进入高速发展阶段。许多国家均在政府支持和电信制造商、运营商的积极投入下，研究和建设各种不同类型的无线宽带网络。这当中，基于wimax技术的无线宽带网由于传输速度快、覆盖范围广、抗扰能力强、灵活易部署的优点成为该领域研究的热点。 本文首先介绍wimax物理层和mac层的关键技术，并通过与wifi、蓝牙、3g等其它无线宽带接入技术进行比较，阐述采用wimax技术搭建无线宽带网的理由。在针对wimax的无线信道信道模型进行了详细研究的基础上，按照基于wimax技术的无线宽带网络的规划方法，结合南昌大学的实际情况，提出了一套切实可行的无线宽带网设计流程和方案。依据此方案实际搭建了南昌大学无线宽带实验网，并且完成了部分测试、调试及优化工作，针对实际中出现的问题做出分析。最后，对全文进行总结，展望了下一步在无线宽带网组网技术方面可以进行的工作和改进。关键词 :wimax（全球微波接入互操作性）；应用场景；发展趋势; wi-fi 目 录前 言5第一章 绪论61.1 wimax简介61.2 wimax 技术的产生、发展及应用场景61.2.1 wimax产生背景71.2.2 wimax 技术的发展81.2.3 wimax 技术应用场景81.3 wimax 技术优势及面临的挑战91.3.1 wimax 技术优势91.3.2 wimax 面临的挑战101.4现状与发展趋势11第二章 wimax接入技术的优势分析132.1 wi-fi 技术132.1.1 wi-fi 技术概述132.1.2 wi-fi 技术优势132.1.3 制约wi-fi 技术发展的几个方面132.2 3g 技术142.2.1 wcdma142.2.2 cdma2000152.2.3 td-scdma152.2.4 3g 技术的优势152.3 wimax 与wi-fi、原3g 技术的对比分析162.3.1 wimax 与wi-fi 技术对比162.3.2 wimax 与原3g 技术对比18第三章 wimax网络体系结构及其应用模式探讨233.1 wimax的概念及其特点233.2 wimax网络体系结构243.2.1网络体系架构243.2.2端到端的参考模型253.2.3网络实体253.2.4网络接口263.2.5协议栈参考模型283.3 wimax的应用模式283.3.1固网宽带业务的接入293.3.2 ngn网络的接入303.3.3 数据业务的接入补充303.3.4 移动网络基站传输303.3.5 wimax与3g融合组网方案313.4 wimax的商业发展路线32第四章 wimax 无线接入网解决方案334.1 wimax 无线接入网络系统建设基本原则334.2 网络组织334.3 网络功能结构334.4 设备组成354.5 覆盖分析35结 论36参考文献38致 谢40 前 言随着计算机网络的飞速发展,高校无线校园网也得到了迅速的普及,其在高校的办公自动化中发挥了举足轻重的作用,为高校教师的办公提供了良好的条件,同时,也方便了学生的学习。所以21世纪的高校应该在宿舍、教室、图书馆等整个园区提供网络服务。使用无线局域网可以实现建筑群网络连接、宽带互连网络接入及移动获取网络服务等功能。无线局域网成为构建现代教育网络的必然选择。现在，wimax技术的出现为解决上述问题提供了可能。wimax作为一种无线接入技术，其宽带接入的特点更是符合了当前互联网接入宽带化的发展趋势。采用wimax技术，组建校园无线网，发挥其建网快捷、灵活多变的特点，能够有效地解决有线接入。它将校园里的院系、学生与从事管理、社交、学术、业务活动的行政人员紧密地联系在一起， 在教育系统中具有重要的作用。目前， 越来越多的学生拥有笔记本电脑， 在教室、实验室、图书馆、大型会议室、体育馆、室外广场等场合如何突破网络节点限制、实现多人同时上网的问题在应用中不可避免。无线网络技术具有无缝三维覆盖、可移动通讯等优点， 有效缓解校园网建设中存在的传统有线网络无法解决的难题。第一章 绪论1.1 wimax简介wimax是全球微波接入互（wordwide interoperability form crowave access）的简称，是一种关于标准的技术，可以替代现有的有线和dsl连接方式，提供固定、移动、便携形式的无线宽带连接，并最终能够在不需要直接视距基站的情况下提供最后一英里的无线宽带接入wimax技术的出现，弥补了 wi-fi传输距离短的缺陷，同wi-fi一样，它也须要创建一个“热点”，但同wi-fi相比，wimax的覆盖范围要大得多，其最大传输速度 75mbps、最大传输距离可达50公里，可高速实现远距离传输。对于须要随时随地高速接入互联网的朋友，wimax无疑是一种很好的技术解决方案。该技术以ieee 802.16 的系列宽频无线标准为基础。一如当年对提升802.11使用率有功的wi-fi 联盟，wimax 也成立了论坛，将提高大众对宽频潜力的认识，并力促供应商解决设备兼容问题，借此加速wimax 技术的使用率，让wimax 技术成为业界使用ieee 802.16 系列宽频无线设备的标准。虽然wimax 无法另辟新的市场，目前市面已有多种宽频无在线网方式。但是有助于统一技术的规范，有了标准化的规范，就可以以量制价，降低成本，提高市场增长率。短期而言，2004年wimax 论坛将在年底之前，着手开发认证流程，为最后一步的产品测试预做准备。2005年左右，大型供应商将推出拥有wimax 认证的产品，多数产品的频率不超过11ghz.长期而言，wimax 将进步到可以支持最后一里，回程、私人企业应用。2006/07 年左右，wimax 解决方案将内建于笔记本电脑，可直接进行客户端发送，递送真正的便携式无线宽频，不需外接的客户端设备（cap）。1.2 wimax 技术的产生、发展及应用场景随着通信技术和新业务的部署，市场与技术的相互作用，未来通信领域一些新的特点逐渐显现出来。一方面，传统宽带固定接入用户已经不满足于仅仅在家庭和办公室等固定环境内使用宽带业务，希望使用宽带接入移动服务；另一方面，传统的移动用户也不满足于简单的语音、短信和低速数据业务，希望能使用更高数据速率的业务。用户需求的变化使固定宽带接入服务和移动服务在技术和业务上呈现融合的趋势，宽带移动化和移动宽带化逐渐成为两个领域技术发展的趋势，并互为补充、互相促进。在移动宽带化方面，3gpp/3gpp2 已经制定了1xev-do、hsdpa/hsupa 等技术标准，在移动环境下实现宽带数据传输。在宽带移动化方面，ieee802 工作组先后制定了wlan 和wimax 等技术规范，意图能沿着固定、游牧、便携、移动这样的演进路线逐步实现宽带移动化。其中ieee802.16 wimax 是宽带移动的重要里程碑，促进了移动宽带的演进和发展。 wimax(worldwide interoperability for microwave access)，中文全名是微波存取全球互通，是ieee802.16 技术在市场推广方面采用的名称。其物理层和mac 层技术基于在ieee 802.16 工作组中开发的无线城域网(wman，wireless metropolitan area network)技术，所以wimax 特指以ieee802.16 的系列宽频无线标准为基础的宽带无线接入技术。1.2.1 wimax产生背景20世纪90年代宽带无线接入技术发展迅速，以本地多点系统（lmds）和多信道多点分配为代表的无线技术的市场定位为小型办公室（soho、中/ 小企业、城市商业中心等用户。但是这一产业并没有像人们预期的那样进一步繁荣壮大，一个重要的原因就是没有统一的全球性宽带无线接入标准。1999年，ieee成立了802.16工作组来专门研究宽带无线接入技术规范，目标是要建立一个全球统一的宽带无线接入标准。目前 ieee802.16主要提及两个标准：802.16-2004即802.16d固定宽带无线接入标准和802.16e支持移动特性的宽带无线接入标准。 ieee 802.16d标准于2004年10月1日发布，它规范了固定接入下用户终端同基站系统之间的空中接口，主要定义空中接口的物理层和mac层。 802.16e标准的最大特点在于对移动性的支持。该标准规定了可同时支持固定和移动宽带无线接入系统，工作在6ghz适宜于移动性的许可频段，可支持用户终端以车辆速度移动，同时802.16d规定的固定无线接入用户能力并不因此受到影响。ieee 802.16工作组主要针对wireless man的物理层和mac层制定规范和标准。为了形成一个可运营的网络，ieee 802.16技术必然需要其他部分的支撑，所以wimax论坛应运而生。wimax论坛成立于2001年4月，最初该组织旨在对基于ieee 802.16标准和etsi hiperman标准的宽带无线接入产品进行一致性和互操作性认证，通过wimax认证的产品会拥有“wimax（r） certified”标识。随着802.16e技术和规范的进展，该组织的目标也逐步扩展，不仅要建立一整套基于ieee802.16标准和etsi hiperman标准的认证体系，同时还致力于可运营的宽带无线接入系统的研究、需求的分析、应用模式的探索、市场的拓展等一系列大力促进宽带无线接入市场发展的工作。通常认为，ieee 802.16工作组是ieee802.16 wimax空中接口规范的制定者，而wimax论坛是技术和产业链的推动者。目前wimax几乎成为了ieee802.16 wimax技术的代名词，其空中接口规范涵盖了ieee 802.16d/e标准。1.2.2 wimax 技术的发展2007 年10 月，wimax 正式被国际电信联盟(itu)批准为第四个3g 标准，为其获得全球统一频谱扫清了障碍。此后，运营商方面对wimax 态度也更为积极，而且不再局限于固定运营商，移动运营商也开始对这项技术感兴趣，并加入到试验行列中去。2007 年，wimax 的商用化和标准化步伐加速，越来越多的设备商和运营商加入wimax 论坛，会员队伍不断壮大。截止到2008 年1 月，wimax 论坛的成员数已超过522个，其中包括中兴、华为、微软、英特尔和三星等全球领先的著名设备厂商、服务提供商、系统集成商和科学研究机构，其成员和合作伙伴遍及全球。1.2.3 wimax 技术应用场景wimax 宽带无线接入技术有5 种典型应用场景：固定、游牧、便携、简单移动和全移动。1. 固定应用场景：固定接入业务是wimax 运营网络中最基本的业务模型，包括用户internet 接入、数据专线接入以及wi-fi 热点回程等。2. 游牧应用场景：游牧式业务是固定接入方式发展的下一个阶段。终端可以从不同的接入点接入到一个运营商的网络中；在每次会话连接中，用户终端只能进行站点式的接入；在两次不同网络的接入中，传输的数据将不被保留。在游牧式及其以后的应用场景中均支持漫游，并应具备终端电源管理功能。3. 便携应用场景：用户可以步行连接到网络，除了进行小区切换外，连接不会发生中断。从这个阶段开始，终端可以在不同的基站之间进行切换。当终端静止不动时，便携式业务的应用模型与固定式业务和游牧式业务相同。当终端进行切换时，用户将经历短时间(最长为2s)的业务中断或者感到一些延迟。切换过程结束后，tcp/ip 应用对当前ip 地址进行刷新，或者重建ip 地址。4. 简单移动应用场景：用户在使用宽带无线接入业务中能够步行、驾驶或者乘坐公共汽车等，但当终端移动速度达到60-120km/h 时，数据传输速度将有所下降。这是能够在相邻基站之间切换的第一个场景。在切换过程中，数据包的丢失将控制一定范围，最差的情况下，tcp/ip 会话不中断，但应用层业务可能有一定的中断。切换完成后，qos(quality of service)将重建到初始级别。5. 全移动应用场景：在这一场景下，用户可以在移动速度为120km/h 甚至更高的情况下无中断地使用宽带无线接入业务，当没有网络连接时，用户终端模块将处于低功耗模式。1.3 wimax 技术优势及面临的挑战1.3.1 wimax 技术优势wimax 技术相对于其他宽带接入技术而言具备以下优势：1. 传输距离远2. wimax 的无线信号传输距离最远可达50km，并能达到覆盖半径为1.6 公里的范围。只要建设少数基站，就能实现全城覆盖，这样就使无线网络的应用范围大大扩展。3. 传输速率高4. wimax 采用与无线lan 标准802.11a 和11g 相同的ofdm(orthogonal frequencydivision multiplexing)调制方式，每个频道的带宽为20mhz。通过室外固定天线稳定地收发无线电波，可实现74.81mb/s 的最大传输速度。5. 容量高6. wimax 基站的一个扇区可同时支持60 多个采用e1/t1 的企业用户和数百个采用xdsl 的家庭用户。因此，wimax 的一个基站可以同时接入数百个远端用户站同时，wimax 可为同一用户站提供多个业务流的传输能力，极大地提升了实际接入用户数。7. 灵活的信道宽度8. wimax 能在信道宽度和连接用户数量之间取得平衡。与固定于20mhz 信道宽度的wi-fi 不同，wimax 的信道宽度由1.25mhz 到20mhz 不等。在用户数量极少的地区，用户可开始用一个较窄的信道，当其客户增加时使用一个较宽的信道。9. 优异的qos 性能wimax 可以向用户提供具有qos 性能的数据、视频、话音(voip)业务。wimax 可以提供三种等级的服务：固定比特率(cbr，constant bit rate)、承诺比特率(cir，committed rate)、尽力而为(be，best effort)。cbr 的优先的等级最高，cir 的优先级次之，be 则具有更低的优先级。这种差异化服务的提供，正是建立在wimax 带宽动态分配的技术基础上的。10. 丰富的多媒体通信服务a) 由于 wimax 较之wi-fi 具备更好的可扩展性和安全性，从而能够实现电信的多媒体通信服务。高带宽可以将ip 网的缺点大大降低，从而大幅度提高voip qos。b) 可靠的安全性802.16 在mac 层中定义了一个加密子层, 为信息传输提供鉴权、加密和保密的管理机制。1.3.2 wimax 面临的挑战1频率问题频率资源及其分配方式直接决定了无线系统的容量和规模，而系统所能达到的容量和规模将直接决定运营商的投资力度和经营方向。目前，国际上为宽带无线规划的执照频率主要为2.5ghz(美国)和3.5ghz(除美国外)，非执照频率为5.8ghz，潜在的频率还包括3.3ghz。按照目前各国的频率分配方式最多为4个频点，而一般情况下需要6-8 个频点才能实现大规模组网。因此。wimax 产品要成为主流的“最后一公里”接入方式之一，还需要在频率资源的分配上寻求突破。2.来自其他技术发展的压力wimax 采用了一系列先进技术，使得目前在技术上相对于3g 等其他技术占据一定的优势。但3gpp、3gpp2 等组织陆续提出的lte、aie 等技术也应用了这些先进技术，各方面性能大有接近和超越wimax 的态势；同时，wimax 技术也面临来自ieee802.20等标准的挑战。因此，如何快速地将现有技术优势转化为产品优势、扩大商用规模是wimax 发展的当务之急。3.其他层面标准尚未完善wimax 的固定和移动的空口规范分别于2004 年和2005 年底发布，其他层面，如安全、用户的认证、计费、组网等规范正由wimax 论坛进行相应完善，尚未正式发布。1.4现状与发展趋势 目前，wimax已经在国外得到大量运用，特别是16dwimax芯片的商用加速了设备市场的步伐，已有多家公司现可提供16d设备，全球有多家固定和移动运营商进行了wimax试验，全球30多个国家有130个部署案例，其中30多个商业网络，现阶段其工作的频段主要是3.5ghz.3.5ghz频率是国际电联（itu）推荐的用于固定无线接入fwa（fixed wireless access）的频段，3.5ghz固定无线接入系统采用点对多点微波技术，主要提供大容量的语音和数据业务，也可以为窄带无线系统和移动基站提供回传连接。对于不便铺设光缆的用户、相对分散铺设光缆不经济的用户以及对开通紧迫性很强的用户，引入快速经济固定无线接入系统可为用户提供急需的接入服务，对解决“最后一公司”接入网的瓶颈问题，起到了有力的补充作用。因此具有广泛的商业应用前景。与传统的3.5ghz点到多点固定无线接入系统相比，采用ieee802.16技术标准的3.5ghzwimax无线接入系统具有wimax和 3.5ghz的综合优点，具有标准化、技术成熟、传输速度快、覆盖范围广、良好的抗雨衰性能、扩容性强，组网灵活的优点，已成为当前运营商宽带城域网建设 “最后一公里”理想的无线接入手段。通过使用该项技术，运营商可以为客户提供各种增值服务，运营商以较少的初期投资，可迅速地实现大面积的用户覆盖，快速占领市场，吸引客户；而且，随着客户群体的不断发展壮大，系统扩容的平滑性又满足了其滚动发展的需要。wimax 是基于ieee 802.16 和etsihiperman 无线城域网(man) 标准的无线数字通信技术。它可为固定站( 例如台式电脑) 提供高达50 千米的宽带无线接入(bwa) , 为移动站( 例如笔记本电脑、移动电话、个人媒体播放器和pda)提供5 - 15 千米的宽带无线接入。与wi- fi 等无线技术相比,wimax 具有更强的抗干扰性, 可提供更高的带宽利用率, 并且可在更远距离上以更高的速率传输数据。wimax 可在授权和非授权频率上进行操作, 所以可为无线载波提供规范的环境和可行经济模式。这些优势加上遍布全球的技术支持( 例如正在全球进行的部署、频谱分配和标准化) , 使wimax 成为在全球业务未覆盖地区快速、经济高效地开通快速宽带无线接入的第一选择。技术wimax 的固定版本( ieee 802.16 -2004) 可使用2- 11 ghz 频段向固定设备提供非视距(nlos) 传输, 较高的频率要求视距内的覆盖范围。固定wimax 可在30 英里的距离内, 以高达75 mbps 的速度提供高吞吐率宽带连接, 该技术可用于各种各样的固定( ieee 802.16d- 2004) 应用场合, 包括“最后一英里”宽带连接、热点和蜂窝回程, 以及用于商业的高速企业连通性, 因此有些人认为, 固定wimax 预定会变得像数字用户线(dsl) 和电缆调制解调器互联网接入技术那样被广泛采用, 然而另一些人则认为其真正潜力在于它的移动性, 移动wimax( ieee 802.16e- 2005) 为蜂窝运营商提供了另一个选择, 使他们可以用全功能的多媒体移动应用, 包括语音、数据和图像来补充其城域网, 新的运营商可以配置该技术来与蜂窝网相抗衡。对于用户而言, 拥有移动wimax功能实质上意味着当他们驱车行驶在大街上时可以一面驾车, 一面进行无线通信。不管wimax 最终的应用结果如何, 它都具有若干独一无二的优点, 这些优势使它最近在全球市场上的销售引人注目。首先, 宽带无线接入更便宜且易于部署。亦即由于wimax 因良好的非视线(nlos) 协议而几乎不需要中转站, 并在不连续服务的带宽内提供大量重叠信道。此外, 组建网络所需的基站数目比较少。各地商业巨头所关注的另一个主要利益是wimax 提供足够带宽的能力,即能实现移动通信中的三重播放( 包括高速数据、长途高质量语音和多媒体内容) , 通过提供三重播放业务, 运营商便能从宽带第二章 wimax接入技术的优势分析现有的宽带无线接入技术有 wi-fi，wimax，wcdma，cdma2000，td-scdma 等。本章着重进行wimax 与wi-fi，wcdma，cdma2000，td-scdma 宽带无线接入技术的比较。2.1 wi-fi 技术2.1.1 wi-fi 技术概述wlan 标准主要包括802.11b、802.11a和802.11g等。目前，wlan 的推广和认证工作主要由产业标准组织wifi(wireless fidelity，无线保真)联盟完成，所以wlan技术常常被称之为wifi。802.11a 采用5ghz 的频段，其速率高54mbps，采用ofdm 技术，但无障碍的接入距离降到3050米。802.11b 采用2.4ghz 的频段，可支持11mbps 的共享接入速率，覆盖范围100米。802.11g 其实是一种混合标准，既能适应802.11b 标准，又符合802.11a标准，其速率高达54mbps，它比802.11b 速率快5倍，并和802.11b 兼容。正在等待批准的 ieee802.11n，其速率高达300mbps，目前部分厂商已经投入市场应用。2.1.2 wi-fi 技术优势wi-fi 是由ap(access point)和无线网卡组成的无线局域网络。组网简单，可以不受布线条件的限制，因此非常适合移动办公用户的需要。1. 应用灵活：能灵活胜任只有几个用户的小型网络到上千用户的大型网络。2. 丰富的终端支持，经济节约，厂商进入该领域的门槛比较低。wi-fi 组网的成本低廉。3. 提供漫游服务：能提供有线网络无法提供的漫游特性，方便用户使用。2.1.3 制约wi-fi 技术发展的几个方面1. wi-fi 数据传输速率有限。虽然wi-fi 技术最高数据传输速率标称可达2. 11-54mbit/s，但系统开销会使应用层速率减少50%左右。3. 无线电波间存在相互影响的现象，特别是同频段、同技术设备之间将存在明显影响。在多运营商环境中，不同ap 间的频率干扰会使数据传输速率明显降低在有三个运营商同时运营的环境中不能实现多用户的同时高速数据业务。4. 无线电波在传播中根据障碍物不同将发生折射、反射、衍射、信号无法穿透等情况，其质量和信号的稳定性都不如有线接入方式。5. wi-fi 实现规模覆盖的最大的缺陷在于需要密集的有线传输资源。3g/wimax 基站的覆盖范围比wi-fi ap 覆盖范围大数十到上百倍。6. wi-fi 技术本身不支持移动性，即便ieee802.11s 可能会对wi-fi mesh 的移动性进行增强，最多也只能支持步行的移动速度。而3g 和wimax 都支持120km/h 以上的移动性。7. wi-fi 空中接口没有qos 保障机制，只支持be 业务，适用于web 浏览、ftp 下载以及收发email 等；语音通信、视频传输等业务的qos 很难得到保障。它是一种局域网技术，主要用于解决“最后100m”的接入问题。从其与有线宽带网络的关系来看，wi-fi 利用其技术优势能够作为网络延伸手段进一步扩大有线接入网络的覆盖面积及扩展移动通信网络的应用。1. 2.2 3g 技术3g 是英文3rd generation 的缩写，指第三代移动通信技术。itu 在2000 年5 月确定wcdma、cdma2000 和td-scdma 三大主流无线接口标准，写入3g 技术指导性文件2000 年国际移动通讯计划(简称imt-2000)。为了提供 3g 服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2mbps、384kbps 以及144kbps 的传输速度。3g 标准组织主要由3gpp、3gpp2 组成，以cdma 码分多址技术为核心。其中td-scdma、wcdma 由3gpp 负责具体标准化工作；而cdma2000 由3gpp2 负责具体标准化工作。2.2.1 wcdmawcdma 是一种由3gpp 具体制定的，基于gsm map 核心网，utran(umts 陆地无线接入网)为无线接口的第三代移动通信系统。目前wcdma 有release99、release4、release5、release6 等版本。wcdma 采用直接序列扩频码分多址(ds-cdma)、频分全双工(fdd)方式，码片速率为3.84mcps，载波带宽为5mhz。release99/release4 版本，可在5mhz 的带宽内，提供最高384kbps 的用户数据传输速率。在 release5 版本引入了下行链路增强技术，即hsdpa(high speed downlink packet access)技术，在5mhz 的带宽内可提供最高14.4mbps 的下行数据传输速率。在 release6 版本引入了上行链路增强技术，即hsupa(high speed uplink packet access)技术，在5mhz 的带宽内可提供最高约6mbps 的上行数据传输率。2.2.2 cdma2000cdma2000 是由is-95a/b 标准演进而来的第三代移动通信标准，由3gpp2 负责具体标准化工作。目前 cdma2000 有由3gpp2 制定的release0、a、b、c 和d 五个支持cdma2000 1x及其增强型技术的版本，以及由eia/tia 发布的支持cdma20001xev-do 的is-856 和is-856a 标准。cdma2000 1xev-do 定位与internet 的无线延伸，能以较少的网络和频谱资源(在1.25mhz 标准载波中)支持平均速率为：静止或慢速移动：1.03mbps(无分集)和1.4mbps(分集接收)。中高速移动：700kbps(无分集)和1.03mbps(分集接收)。其峰值速率可达 2.4mbps，而且在is-856a 中可支持高达3.1m 的峰值速率。2.2.3 td-scdmatd-scdma(time division-synchronization code division multiple access)的中文含义为时分同步码分多址接入。td-scdma 从2001 年3 月开始，正式写入3gpp 的release4 版本。目前td-scdma 已有release4、release5、release6 等版本。td-scdma 采用不需成对频率的tdd 双工模式以及fdma/tdma/cdma 相结合的多址接入方式，使用1.28mcps的低码片速率，扩频带宽为1.6mhz。基release4 版本，td-scdma 可在1.6mhz 的带宽内，提供最高384kbps 的用户数据传输速率。td-scdma 在release5 版本引入了hsdpa 技术，在1.6mhz 带宽上理论峰值速率可达到2.8mbps。2.2.4 3g 技术的优势1. 漫游能力：良好的全球漫游能力。目前全球大部分国家已经开通3g 网络，其中80%运营商选择wcdma 和20%运营商选择cdma2000。良好的全球漫游能力有利于与其他运营商的合作和吸引高端用户。2. 安全性：3g 采用了很多种加密技术，保证通话和数据的安全，不管是话音还是数据都具备很强的保密性，通过多层的协议控制，数据在网络中可以非常安全的传输。3. 技术成熟度：3g 于1996 年提出标准，2000 年完成包括上层协议在内的完整标准的制订工作。3g 网络部署已具备相当的实践经验，有一成套建网的理论，包括对网络的链路预算，传播模型预算，以及计算机仿真等。4. 商业模式：商业运作模式成熟，3g 网络得到众多设备商、终端制造商、内容提供商支持，具备一个非常全的产业链。2.3 wimax 与wi-fi、原3g 技术的对比分析2.3.1 wimax 与wi-fi 技术对比1. wimax 与wi-fi 的技术定位不同i. wi-fi 标准是局域网接入标准，用来解决最后100 米无线通信接入问题；而wimax2. 是城域网接入标准，用来解决最后1 公里的无线通信接入问题。3. 覆盖范围不同a) wi-fi 与wimax 在覆盖范围上有很大的差别，覆盖问题由多个因素决定。就传输功率而言，对于wimax，功率放大器最大输出功率bs 是43dbm，ms 是23dbm；对于wi-fi，ieee802.11 标准，最大的传输功率只有20dbm。802.16 标准是为在各种传播环境(包括视距、近视距和非视距)中获得最优性能而设计的。即使在链路状况最差的情况下，也能提供可靠的性能。ofdm 波在2-40 km 的通信距离上支持高频谱效率(bit/s/hz)，在一个射频内速率可达70mbps。可以采用先进的网络拓扑(网状网)和天线技术(波束赋形、stc、天线分集)来进一步改善覆盖。这些先进技术也可用来提高频谱效率、容量、复用以及每射频信道的平均与峰值吞吐量。此外，不是所有的ofdm 都是相同的。为baw 设计的ofdm 具有支持较长距离传输和处理多径或反射的能力。相反，wlan 和802.11 系统在它们的核心不是采用基本的cdma，就是使用设计大不相同的ofdm。它们的设计要求是低功耗，因此必然限制了通信距离。wlan 中的ofdm是按照系统覆盖数十米或几百米设计的，而802.16 被设计成高功率，ofdm 可覆盖数十公里。4. 可扩展性不同a) 在物理层，802.16 支持灵活的射频信道带宽和信道复用(频率复用)，当网络扩展时，可以作为增加小区容量的一种手段。此标准还支持自动发送功率控制和信道质量测试，可以作为物理层的附加工具来支持小区规划和部署以及频谱的有效使用。当用户数增加时，运营商可通过扇形化和小区分裂来重新分配频谱。还有，此标准对多信道带宽的支持使设备制造商能够提供一种手段，以适应各国政府对频谱使用和分配的独特管制办法，这是世界各地的运营商都面临的一个问题。ieee802.16 标准规定的信道宽度1.25-20mhz，在这中间还可以有许多选择。b) 但是，基于wi-fi 的产品要求每一信道至少为20mhz(802.llb 中规定在2.4ghz 频段为22mhz)，并规定只能工作在不需牌照的频段上，包括2.4ghz ism、5ghz ism 和5ghz u-nii。在 mac 层，802.11 的基础是csma/ca，基本上是一个无线以太网协议，其扩展能力较差，类似于以太网。当用户增加时，吞吐量就明显减小。而802.16 标准中的mac层却能在一个射频信道内从一个扩展到数百个用户。这是802.11mac 不可能做到的。5. qos 差别802.16 的mac 层是依靠同意/请求协议来接入媒体的，它支持不同的服务水平。此协议在下行链路采用tdm 数据流，在上行链路采用tdma，通过集中调度来支持对时延敏感的业务，如话音和视像等。由于确保了无碰撞数据接入，802.16 的mac 层改善了系统总吞吐量和带宽效率，并确保数据时延受到控制，不致太大(相反，csma/ca 没有这种保证)。tdm/tdma 接入技术还使支持多播和广播业务变得更容易。wlan 由于在其核心采用csma/ca，故其目前已实施的系统无法提供802.16 系统的qos。由于接入方便、成本低廉且无需申请牌照，使 wi-fi 特别适用于普遍的公共接入服务。wi-fi 技术和产品均已成熟，并达到相当的应用、产业和市场规模。与wi-fi相比，wimax 在技术上有明显优势，但由于标准推出时间尚短，要达到产品成熟并形成相当应用、产业和市场规模尚需假以时日，而且目前成本远远高于wi-fi。在表 4.1 中给出了wimax 与wi-fi 详细技术对比。 表 2-1 wimax 与wi-fi 详细技术对比wimaxwi-fi（802.11b）wi-fi（802.11a/g）传输速率最大 75mbit/s最大11mbit/s最大54mbit/s覆盖范围最大50km约100m约100m频率2-66ghz2.4 ghz5ghz(a)、2.4ghz(g)带宽1.25-20mhz22mhz20mhz物理层核心技术ofdm/ofdma、amc、harq等dossofdm双工方式tdd、fdd半双tdd半双工tdd频谱效率小于 3.75bps/hz 小于0.5bps/hz小于2.7bps/hzmac协议请求/许可csma/cacsma/caqos支持不支持不支持安全性强弱弱mesh支持是否否2.3.2 wimax 与原3g 技术对比1. 定位不同wimax 的基本定位是一种无线城域网技术，目标是实现宽带接入的无线化、移动化；而3g 技术的基本定位是以无线广域网为基本模式，其最终目标是实现无线接入的宽带化。2. 标准化程度不同wimax 仅仅定义了空中接口的物理层和mac 层，在mac 层之上采用的协议以及核心网部分的标准不在wimax 技术所包含的标准之内。目前，wimax 还不能构成完整的移动通信系统；而3g 却是完整的移动通信系统，其对空中接口、核心网以及业务规范都已经完成了标准化工作。3. 覆盖范围不同从覆盖范围上看， wimax 为了获得较高的数据接入带宽，必然牺牲覆盖和移动性。因此wimax 在相当长的时间内将主要解决热点覆盖，网络可以提供部分的移动性， 主要应用会集中在低速移动状态下的数据接入。3g 覆盖是连续的，用户可以实现不间断的通信。4. 业务能力不同从业务能力上看，wimax 提供的主要是具有一定移动特性的宽带数据业务，面向的用户主要是笔记本终端和wimax 终端持有者。3g 最初就是为语音业务和数据业务共同设计的，首先保证提供大容量高质量语音业务的需求，在此基础上提供分组数据业务。wimax 可以为用户提供相对于3g 技术的更高的带宽，也就是说wimax 的数据业务能力要比3g 强，某种程度上wimax 牺牲了移动性换取了数据传输能力的提高。5. 设备成熟度不同由于 3g 技术相对于wimax 技术来说，已经相当成熟，各种相关设备已经实现了规模生产，所以其系统设备成本以及终端成本以及终端的种类相对于wimax 都有很大的优势。在表 4.2 中给出了wimax 与3g 技术的详细技术对比。表2-2 wimax 与3g 技术的详细技术对比wimax3g标准化程度主要对空中接口的物理层和mac层进行了标准化对整个网络都进行了标准化、包括空中接口规范、核心网系列规范及业务规范等 多址方式tdma/ofdmacdma/fdma/tdma频带2-11ghz部分不需要许可用于全球统一的频谱资源频谱效率3.75bps/hz(802.16d)3bps/hz(802.16e)1.6bps/hz传输速率75mbit/s(802.16d)30mbit/s(802.16e)2mbit/s双工方式tdd、fddtdd(tdd-scdma)、fdd移动性较差（支持游牧式移动）好（支持高速移动）业务数据、多媒体、视频、语音(voip)语音、数据、视频、多媒体覆盖范围最大半径50km、典型半径6-10km最大直径7km、典型半径2-3km扇区容量数百数十qos支持4 种qos 等级：ugs、rtps、nrtps、be电信的qos 保证，4个qos级别：会话型、数据性、交互型、后台型载波带1.75-20mhz(802.16d)1.25-20mhz(802.16e)5mhz(wcdma)1.6mhz(td-scdma)1.25mhz(cdma2000成熟度较差较好各项技术的产生都有一个共同的目的，那就是面向市场的应用，技术的好与不好，并不是完全由技术本身所确定，很大程度上是要靠市场来判定的。既然技术是面向应用的，那么其必定要提供相应的业务。wimax、wi-fi 和3g 这三种技术有不少叠的功能, 但它们具有各自不同的市场定位, 所以更多的是一种互补关系,在局部也会有部分融合。在通信技术不断发展, 市场不断细分的过程中, 三种技都会找到自己的生存空间, 从而为用户提供多元化和先进的通信服务。总而言之wimax技术相对于其他宽带接入技术而言具备以下优势：1. 传输距离远i. wimax 的无线信号传输距离最远可达50km，并能达到覆盖半径为1.6 公里的范围。只要建设少数基站，就能实现全城覆盖，这样就使无线网络的应用范围大大扩展。2. 传输速率高i. wimax 采用与无线lan 标准802.11a 和11g 相同的ofdm(orthogonal frequencydivision multiplexing)调制方式，每个频道的带宽为20mhz。通过室外固定天线稳定地收发无线电波，可实现74.81mb/s 的最大传输速度。3. 容量高i. wimax 基站的一个扇区可同时支持60 多个采用e1/t1 的企业用户和数百个采用4. xdsl 的家庭用户。因此，wimax 的一个基站可以同时接入数百个远端用户站同时，wimax 可为同一用户站提供多个业务流的传输能力，极大地提升了实际接入用户数。5. 灵活的信道宽度i. wimax 能在信道宽度和连接用户数量之间取得平衡。与固定于20mhz 信道宽度的wi-fi 不同，wimax 的信道宽度由1.25mhz 到20mhz 不等。在用户数量极少的地区，用户可开始用一个较窄的信道，当其客户增加时使用一个较宽的信道。6. 优异的qos 性能i. wimax 可以向用户提供具有qos 性能的数据、视频、话音(voip)业务。wimax 可以提供三种等级的服务：固定比特率(cbr，constant bit rate)、承诺比特率(cir，7. committed rate)、尽力而为(be，best effort)。cbr 的优先的等级最高，cir 的优先级次之，be 则具有更低的优先级。这种差异化服务的提供，正是建立在wimax 带宽动态分配的技术基础上的。8. 丰富的多媒体通信服务i. 由于 wimax 较之wi-fi 具备更好的可扩展性和安全性，从而能够实现电信的多媒体通信服务。高带宽可以将ip 网的缺点大大降低，从而大幅度提高voip qos。9. 可靠的安全性802.16 在mac 层中定义了一个加密子wimax在校园无线网中的接入策略第三章 wimax网络体系结构及其应用模式探讨本章介绍了wimax的概念及其特点，对wimax的网络体系结构，包括体系架构、端到端参考模型、网络实体、网络接口及其协议模型进行了详细分析，最后探讨了wimax的应用模式及其商业发展路线，对wimax的研究和应用具有一定的参考价值。3.1 wimax的概念及其特点 随着通信网的进一步发展，wimax作为一种面向“最后一公里”接入的标准，尤其在目前全球缺乏统一宽带无线接入标准之际，有重要现实意义与战略价值。该标准大体可以分为两种，一种是ieee802.16d标准，支持固定宽带无线接入系统空中接口；另外一种就是目前正在制定中的ieee802.16e、支持固定和移动性的宽带无线接入系统空中接口标准。全球微波接入互操作性（wimax，world interoperability for microwave access）是一项基于ieee 802.16标准的宽带无线接入城域网（bwa-man）技术，也可以称为ieee wireless man。该技术是针对微波和毫米波频段提出的一种新的空中接口标准，其主要目标是提供一种在城域网一点对多点的多厂商环境下，可有效地操作的宽带无线接入手段。wimax具有如下特点：1. 传输距离远：无线信号传输距离最远可达50km，并能覆盖半径达1.6公里的范围，是3g基站的10倍。2. 传输速率高：可实现高达74.81mb/s的传输速度。3. 容量高：wimax的一个基站可以同时接入数百个远端用户站。4. 灵活的信道宽度：wimax能在信道宽度和连接用户数量之间取得平衡，其信道宽度由1.5mhz到20mhz不等。5. qos性能：可向用户提供具有qos性能的数据、视频、话音业务。6. 丰富的多媒体通信服务：能够实现电信级的多媒体通信服务。7. 保密性：支持安全传输，并提供鉴权与数字加密等功能。 由于上述特点及其建网快、见效早的优点，wimax具有重要现实意义与战略价值。而且就覆盖环境限制及部属成本考虑，对于用xdsl、cablemodem方式不能有效覆盖、不便于和不值得部署有线网络的区域，wimax更是大有用武之地。3.2 wimax网络体系结构3.2.1网络体系架构 wimax网络体系如图3-1所示，包括：核心网、用户基站（ss）、基站（bs）、接力站（rs）、用户终端设备（te）和网管。