无线广域网WWAN

1、WWAN无线广域网无线广域网无线广域网概述无线广域网概述3G/4G技术技术802.20协议栈协议栈 无线广域网无线广域网概述概述 什么是无线广域网络什么是无线广域网络(Wireless Wide Area Network )？是指覆盖全国或全球范围内的无限网络，提供更大范围内的无线接入，与无限个域网和无限城域网相比，它更加强调的是快速移动性。WWAN是采用无线网络把物理距离极为分散的局域网连接起来的通信方式。典型的无线广域网的例子就是GSM全球移动通信系统全球移动通信系统和卫星卫星通信系统，以及通信系统，以及3G、4G均属于WWAN。无线广域网的发展无线广域网的发展第一代第一代(1G)第第一代

2、移动通信系统一代移动通信系统： 是指最初的模拟、仅限语音的蜂窝电话标准，制定于上世纪80年代。第一代移动通信主要采用的是模拟技术模拟技术和频分多址频分多址(FDMA)技术。由于受到传输带宽的限制，不能进行移动通信的长途漫游，只能是一种区域性的移动通信系统。第一代移动通信有多种制式，我国主要采用的是TACS(全接入系统)。第一代移动通信有很多不足之处，如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通话质量不高、不能提供数据业务和不能提供自动漫游等。第二代第二代(2G)第二代移动通信系统第二代移动通信系统： 第二代移动通信系统的典型代表就是GSM/GPRS。 GSM(Global System for

3、 Mobile Communication)全球移动通信系统，它是一种数字移动通信，较之第一代的模拟移动通信，有较多的优点。 GPRS-General Packet Radio Service，通用无线分组业务，是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。相对原来GSM的拨号方式的电路交换数据传送方式，GPRS是分组交换技术，具有“实时在线”、“按量计费”、“快捷登录”、“高速传输”、“自如切换”的优点。GSM被分成三个子系统：移动台（移动台（MS），网络子系统（），网络子系统（NSS），基基站站子系统子系统（BSS）GSM架构架构基站收发机BTS基站控制器BSC

4、CMMMRRLAPDmSign. Layer1 L3L2L1 BTSMMSUm SCCPMTPBTSMRRBSSMAPAbisBTSBSCMSCABSCSign. Layer1Sign. Layer1Sign. Layer1RRLAPDLAPDmLAPDCMMMBSSMAPSCCPMTP移动台基站收发机基站控制器移动业务交换中心GSM系统信令模型系统信令模型无线资源管理移动性管理连接管理 第三代移动通信，简单地说就是提供覆盖全球的宽带多媒体服务的新一代移动通信。 3G全称为第三代移动通信，全球已经有100余个国家地区部署了3G。能够实现高速数据传输和宽带多媒体服务是第三代移动通信的另一个主要特

5、点。这就是说，用第三代手机除了可以进行普通的寻呼和通话外，还可以上网读报纸，查信息、下载文件和图片；由于带宽的提高，第三代移动通信系统还可以传输图象，提供可视电话业务。第三代第三代(3G) 4G（第四代移动通信技术)的概念可称为宽带接入和分布网络，具有非对称的超过2Mb/s的数据传输能力。它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统和交互式广播网络。 第四代移动通信标准比第三代标准具有更多的功能。第四代移动通信可以在不同的固定、无线平台和跨越不同的频带的网络中提供无线服务，可以在任何地方用宽带接入互联网（包括卫星通信和平流层通信），能够提供定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。此外，

6、第四代移动通信系统是集成多功能的宽带移动通信系统，是宽带接入IP系统。第四代第四代(4G)3G/4G技术技术3G技术概述技术概述 3G是第三代移动通信技术，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百kbps以上。3G是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统，目前3G存在3种标准：CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA。CDMA技术是技术是3G的核心的核心3G体制体制 WCDMA核心网络：基于MAP和GPRS无线传输技术： WCDMAFDD/TDD TD-SCDMA核心网络：基于MAP无线传输技术：TD-SCDMA c

7、dma2000核心网络：基于ANSI 41和MIP无线传输技术 cdma2000CDMA技术是技术是3G的核心的核心3G技术概述技术概述 WCDMA由欧洲标准化组织3GPP(3rd Generation Partnership Project)所制定，受全球标准化组织、设备制造商、器件供应商、运营商的广泛支持，将成为未来3G的主流体制。 CDMA2000体制是基于IS-95的标准基础上提出的3G标准，目前其标准化工作由3GPP2来完成。 TD-SCDMA标准由中国无线通信标准组织CWTS提出，目前已经融合到了3GPP关于WCDMA-TDD的相关规范中。 电路域继承2G IS95 CDMA网络，

8、引入WIN为基本架构得业务平台 分组域基于MIP技术的分组网络 无线接入网以ATM交换机为平台，提供丰富的物理接口 空中接口CDMA2000兼容IS95CDMA2000特点WCDMA特点 核心网基于GSM/GPRS，保持与GSM/GPRS的兼容 核心网基于TDM/ATM/IP技术，向全IP演进 核心网分为电路域和分组域 无线侧基于ATM技术. MAP技术和GTP是移动性管理的关键 新的空中接口技术WCDMACDMA2000技术特点RTT技术 信道带宽：N*1.25MHz 码片速率：N*1.2288Mcps N=1,3,6,9,12 语音编码：8K/13K QCELP 8K EVRC 信道编码：

9、卷积编码，TURBO码 调制方式：上行QPSK，下行BPSK 解调方式：导频辅助的相干解调 发射分集方式：OTD,STD 功率控制：上下行闭环功率，外环功控 基站同步方式：GPS/GLONASSTDSCDMA特点 核心网络基于GSM/GPRS网络演进，保持与GSM/GPRS网络的兼容性 核心网络可基于TDM/ATM/IP技术，可向全IP演进 核心网分为分组域和电路域 无线侧基于ATM技术，向IP方向发展 MAP技术和GTP是核心 空中接口TDSCDMAWCDMA技术特点RTT技术 信道带宽：5Mhz，码片速率3.8Mcps 语音编码：AMR 信道编码：卷积码和TURBO码 调制方式：上行QPS

10、K，下行BPSK 发射分集方式：TSTD/STTD/FBTD 功率控制：上下行闭环功率控制和外环功控 基站同步方式：同步和异步三技术的比较三技术的比较TD-SCDMA技术特点 3S 主要特点：智能天线（Smart Antenna）、同步CDMA（Synchronous CDMA）、软件无线电（Software Radio） 关键技术：智能天线+联合检测、多时隙CDMA+DS-CDMA、同步CDMA、信道编译码和交织、接力切换基站覆盖范围 基站覆盖范围跟很多因素有关系，比如基站的发射功率,天线的高度和角度,天线的增益，地形地貌，建筑物情况，障碍物状况 ,电磁环境,用户情况等。 3G网络相对于2G

11、网络的最大区别在于可以提供高速数据业务，根据无线电磁环境情况，如果用户距离基站较远，其空中前反向链路衰耗较大，上网速率就会很慢。考虑到用户的实际使用情况，在网络规划设计时并不追求最大覆盖范围，而是尽可能的合理布置站点，调整天线位置和角度等，以实现精确覆盖，并对接入用户数进行限制，以保证接入用户的速率在合理范围。基站覆盖范围比较基站覆盖范围比较:1.TD-SCDMA:TD-SCDMA因为上行同步，其原理根据时隙和光速计算后，最大覆盖半径不能超过11.25Km，这还是不考虑风向的情况下。城区人群密集的地方基站距离一般不超过500米。2. 2. WCDMA:WCDMA的最理想覆盖密度，5001000

12、M一个基站，郊区在1-2公里左右。由于有呼吸效应，当地的基站的覆盖面积会随着当地用户数的增多而缩小。目前在中国联通应用中的覆盖密度，2Km30Km一个基站。 3. CDMA2000:理想覆盖密度在1-2公里左右。由于有呼吸效应，当地的基站的覆盖面积会随着当地用户数的增多而缩小。目前在城区尽量将覆盖半径控制在1-2公里左右,如覆盖过大,会造成污染,影响网络质量。WCDMACDMA2000TD_SCDMA码片速率与载波带宽WCDMA(FDD-DS)采用直接序列扩频方式，其码片速率为3.84Mchip/s。，WCDMA在这方面最具优势。载波带宽方面，WCDMA采用了直接序列扩谱技术，具有5MHz的载

13、波带宽。WCDMA与CDMA2000要传送2Mbit/s的数据业务，均需要两个对称的带宽，分别作为上、下行频段，因而TD-SCDMA对频率资源的利用率是最高的。CDMA20001x与CDMA20003x的区别在于载波数量不同，CDMA20001x为单载波，码 片 速 率 为 1 . 2 2 8 8 M c h i p / s ，CDMA20003x为三载波，其码片速率为1 . 2 2 8 8 3 3 . 6 8 6 4 M c h i p / s 。CDMA20001x采用了1.25MHz的载波带宽，CDMA20003x利用三个1.25MHz载波的合并形成3.75MHz的载波带宽。T D S

14、C D M A 系 统 仅 采 用1.28Mchip/s的码片速率，采用TDD双工模式，因此只需占用单一的1.6M带宽，就可传送2Mbit/s的数据业务。而TD-SCDMA的码片速率为1.28Mchip/s。码片速率高能有效地利用频率选择性分集以及空间的接收和发射分集，可以有效地解决多径问题和衰落问题越区切换技术WCDMA与CDMA2000都采用了越区“软切换”技术。由于软切换在瞬间同时连接两个基站，对信道资源占用较大。而WCDMA无需基站间的同步，通过两个基站间的定时差别报告来完成软切换。TD-SCDMA则是采用了越区“接力切换”技术，WCDMA的网络在许多环境下更易于部署，即使在地铁等GP

15、S信号无法到达的地方也能安装基站，实现真正的无缝覆盖。CDMA2000与TD-SCDMA都需要基站间的严格同步，因而必须借助GPS（GlobalPositioningSystem，全球定位系统）等设备来确定手机的位置并计算出到达两个基站的距离。由于GPS依赖于卫星，CDMA2000与TD-SCDMA的网络布署将会受到一些限制。与第二代系统的兼容性由GSM网络过渡而来，虽然可以保留GSM核心网络，但必须重新建立WCDMA的接入网，并且不可能重用GSM基站。WCDMA在升级的过程中耗资最大。C D M A 2 0 0 0 3 x 从 C D M A I S 9 5 、CDMA20001x过渡而来，

16、可以保留原有的CDMAIS95设备。TD-SCDMA系统的的建设只需在已有的GSM网络上增加TD-SCDMA设备即可。4G网络特点（一）（1）多网络融合：多种无线通信技术系统共存；（2）全ip化网络：从单纯的电路交换向分组交换过 渡，并最终演变为基于分组交换的全网络；（3）用户容量更大：预计其容量为3G系统的10倍；（4）无缝的全球覆盖：用户可在任何时间、任何地 点使用无线网络；4G网络特点（二）（5）带宽更宽：更高的单位信道带宽和频谱传输效率；（6）智能灵活性：用户的无线网络可以通过其他网络扩展其应用业务，自适应地变换不同信道，提供更高质量和个性化的服务；（7）兼容性：兼容多种制式的通讯协议

17、和终端应用环境，及各种终端硬件设备。脱胎于3G的B3G（准4G）技术 2008 2008年，美国高通电信公司放弃了年，美国高通电信公司放弃了UMBUMB技术研发，转为技术研发，转为LTELTE的研发。至此，有望成为的研发。至此，有望成为4G4G标准的技术主要是标准的技术主要是LTELTE和和WIMAXWIMAX。3G3G技术技术B3GB3G技术技术LTE（ Long Term Evolution）v LTELTE（long term evolutionlong term evolution），即长期演进技术。始于），即长期演进技术。始于20042004年年3GPP3GPP的多伦多会议。它改进并

18、增强了的多伦多会议。它改进并增强了3G3G的空中接入技术，采用的空中接入技术，采用OFDMOFDM（正（正交频分复用技术）和交频分复用技术）和MIMOMIMO（多入多出技术）作为其无线网络演进的（多入多出技术）作为其无线网络演进的技术方式。实现在技术方式。实现在20MHz20MHz频谱带宽下提供下行频谱带宽下提供下行326Mbit/s326Mbit/s与上行与上行86Mbit/s86Mbit/s的峰值速率。的峰值速率。v LTELTE并非等同于并非等同于4G4G，而是一种，而是一种B3GB3G技术，其技术，其300300多兆的速度虽然远超多兆的速度虽然远超3G3G，但与，但与ITUITU提出的

19、提出的1Gbit/s1Gbit/s的的4G4G技术要求，还有距离。技术要求，还有距离。ITEITE常被称常被称为为3.9G3.9G。LTE的演进过程GSM-GPRS-EDGE-WCDMA -HSPA-HSPA+-LTE长期演进 传输速度分别是：传输速度分别是： GSM：9.6Kbps GPRS：171.2Kbps EDGE：384Kbps WCDMA：384Kbps2Mbps HSDPA：14.4Mbps HSUPA：5.76Mbps HSDPA+：42Mbps HSUPA+：22Mbps LTE：300MbpsLTE体系的进一步发展 LTE LTE根据其具体实现细节、采用技术手段和研发组织的

20、根据其具体实现细节、采用技术手段和研发组织的差别，形成了许多分支，最主要的两大分支是差别，形成了许多分支，最主要的两大分支是LTE-TDDLTE-TDD（TDTD-LTE-LTE）和）和LTE-FDDLTE-FDD（FD-LTEFD-LTE）。其中，）。其中，TDTD和和FDFD分别代表时分分别代表时分双工和频分双工。双工和频分双工。 TD-LTE TD-LTE是中国采用的是中国采用的LTELTE的技术方案，目前正由中国移的技术方案，目前正由中国移动在部分城市进行商业试运营，预计成为未来中国的动在部分城市进行商业试运营，预计成为未来中国的4G4G标准。标准。WIMAXv WiMaxWiMax（

21、Worldwide Interoperability for Microwave Worldwide Interoperability for Microwave AccessAccess）, ,即全球微波互联接入。即全球微波互联接入。WiMAXWiMAX也叫也叫8021680216无线无线城域网或城域网或802.16802.16。WiMAXWiMAX是一项新兴的宽带无线接入技术，是一项新兴的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接，数据传输距离最远可达能提供面向互联网的高速连接，数据传输距离最远可达50km50km。 802.16802.16工作的频段采用的是无需授权频段，范围工作的频段

22、采用的是无需授权频段，范围在在2GHz2GHz至至 66GHz66GHz之间。之间。4G的未来u 泛在网（泛在网（4G4G技术的多网融合网络）是必然趋势技术的多网融合网络）是必然趋势IEEE802.20协议协议提出背景提出背景1. 蜂窝技术的速率都不高，无法提供类似于无线个域网、无线局域网和无线城域网的宽带接入技术，无法满足多媒体等应用的需求。2. IEEE802. 16协议标准，又称固定宽带无线接入固定宽带无线接入，利用无线接入方式，解决了最后一公里的接入问题，但是不能给终端提供移动性，或者只能提供有限的移动性。是什么？是什么？IEEE802. 20：是移动移动宽带无线接入宽带无线接入( M

23、BWA)的协议标准，它是在全世界范围内配置宽带无线IP数据接入网络的解决方案.目的有二目的有二1. 是兼取固定无线接入网络的高数据传输速率和蜂窝网络的高移动性之优势,解决固定无线接入的低移动性和高速移动业务需求增长之间的矛盾;2. 是实现低成本、高频谱利用率、随时随地接入、永远在线、各种IP业务共存的移动宽带无线接入网在全世界范围内的配置.参数参数目标值目标值移动性移动性最高达最高达250km/h带宽带宽1.25MHz5MHz用户峰值速率用户峰值速率(下行下行)1Mb/s4Mb/s用户峰值速率用户峰值速率(上行上行)300kb/s1.2Mb/s双工方式双工方式FDD和和TDD关键技术关键技术O

24、FDM技术技术将OFDM/OFDMA（正交频分多路复用技术）作为空中接口物理层调制技术。 OFDM本质上是一种多载波调制技术,它的原理是无线通信信道划分为多个窄带子信道同时传送,在每个子信道上使用一个子载波进行调制。好处：好处：提升了信道利用率，增加了信道抗干扰能力，适合在高层建筑、居民密集区域进行传播。移动性管理技术移动性管理技术由于802. 20 采用纯IP架构, 其移动性管理也必然将以移动移动IP技术技术为基础, 移动节点采用固定不变的IP地址, 移动终端在网络中不同子网间移动时,保持其IP地址不变, 从而保证通信过程的持续进行。802.20 中漫游和切换技术漫游和切换技术也是宽带无线接

25、入技术能否成功的关键技术。在80 2.20 系统中, 不仅要实现802.20 本系统内不同小区之间移动时的漫游和切换支持, 还要实现在不同技术之间的切换漫游,与3G技术间的关系 3G技术指以技术指以WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA三大标准为基础的第三代蜂窝移动通三大标准为基础的第三代蜂窝移动通信系统。信系统。 从目标市场和技术特点看，从目标市场和技术特点看，802.20和和3G确确实存在较多的相似性，也就导致了它们之间实存在较多的相似性，也就导致了它们之间的竞争性。的竞争性。 IEEE 802.20与3G技术的对比 IEEE 802.203G目标目标市场市场1高移动性、高吞吐量数

26、据应用高移动性、高吞吐量数据应用2对称数据服务对称数据服务3对数据服务时延敏感度要求高对数据服务时延敏感度要求高4全球移动和漫游全球移动和漫游1高移动性、语音业务和低速率数据高移动性、语音业务和低速率数据应用应用2非对称数据服务非对称数据服务3对数据服务时延敏感度要求低对数据服务时延敏感度要求低4全球移动和漫游全球移动和漫游技术技术特点特点1全新的空中接口全新的空中接口(物理层和物理层和MAC层层)2属于广域网技术属于广域网技术3以以OFDM、MIMO为物理层核心为物理层核心技术技术4工作于工作于3.5GHz以下的许可频段以下的许可频段5典型信道带宽小于典型信道带宽小于5MHz6纯纯IP架构架

27、构7主要针对移动多媒体应用主要针对移动多媒体应用8高效的上下行数据传输效率高效的上下行数据传输效率9低时延架构低时延架构1基于基于GSM或或IS-41的演进的演进，已有较，已有较成熟的空中接口成熟的空中接口(WCDMA、cdma2000和和TD-SCDMA)2属于广域网技术属于广域网技术3以以CDMA为物理层核心技术为物理层核心技术4工作于工作于2.7GHz以下的许可频段以下的许可频段5典型信道带宽小于典型信道带宽小于5MHz6以基于电路交换的架构为主以基于电路交换的架构为主7主要针对移动语音业务主要针对移动语音业务8数据传输效率下行一般，上行较低数据传输效率下行一般，上行较低9高时延架构高时延架构802.20 Vs 3G (1)两者的目标市场重叠较大。首先，它们都是广域两者的目标市场重叠较大。首先，它们都是广域网技术。其次，网技术。其次，802.20具有低时延架构具有低时延架构，它可以基，它可以基于于VoIP技术来提供高