第9章 无线城域接入技术

接入网技术第9章无线城域接入技术教学重点与要求教学重点介绍无线固定宽带接入概念、特点介绍早期技术LMDS重点强调无线城域技术——802.16标准演进、技术特点、接入系统结构、业务、技术要点要求掌握无线固定宽带接入概念、特点了解LMDS特点及局限性掌握802.16接入的系统结构及其特点理解802.16的技术要点教学内容9.1引言9.2固定无线接入网概述9.3早期技术LMDS9.4802.16标准概要9.5802.16MAC层9.6802.16物理层9.1引言BWA技术正在蓬勃发展无线接入不再是有线接入的简单补充802.16标准的发布将极大推动无线城域接入的发展BWA的诸多优势形成对有线接入技术的竞争9.2固定无线接入网概述概念无线接入：用户终端到网络节点之间的传输设施，部分或全部采用无线传输固定无线接入：用户终端位置基本固定的无线接入特点用户终端不具备移动性对某一特定地域的固定用户提供接入没有越区切换和漫游的功能工作频率高，在微波波段提供高的传输容量和多业务9.2固定无线接入网概述基本结构一般采用有中心的结构，中心站称为基站中心站控制所有用户站的接入，同时接入有线网所有用户站之间不能直接通信，必须通过基站转发用户终端用户单元基站运营商网络9.2固定无线接入网概述

典型的固定无线接入技术早期技术LMDS(LocalMultipointDistributionService）号称“无线光纤”覆盖3-5km,向密集小区或大厦提供高速无线接入MMDS（MultichannelMultipointDistributionService）覆盖约50km,向城郊的分散用户提供无线接入高轨卫星接入覆盖广阔的地域，为偏远地区的用户提供无线接入最新技术802.16（重点介绍）9.3早期技术LMDSLMDS系统概要LMDS系统结构LMDS技术特点LMDS系统的局限

LMDS系统概要LMDS：LocalMultipointDistributionService本地多点分配业务采用点到多点微波传输技术传输频段：微波范围20GHz～40GHz带宽：1.3GHz，享有“无线光纤”之称覆盖：3～5km（单基站覆盖半径）多址方式：FDMA、TDMA调制方式：QPSK、16QAM、64QAM通信速率：n×64Kbps～155Mbps支持业务：话音、数据、视频、多媒体综合业务LMDS系统结构系统结构：是一种蜂窝通信结构将提供业务的地区划分为若干服务区每个服务区内设立基站作为中心站基站通过点到多点无线链路与区内用户站通信基站不提供跨服务小区用户的切换系统组成：用户站、基站基站位于服务区中央，覆盖服务区用户基站上联LMDS中心局、再连接到业务网点对多点无线链路上行信道：多用户共享，需要MAC机制用户站基站LMDS中心局PSTNInternet用户站基站传输骨干网

系统结构－频率复用基站的频率复用作用：提高频率利用率，扩大系统容量方法：扇区划分、多载波、正交极化正交极化：同一载频的正交极化技术可隔离多个载波的相互干扰可用于同一基站的不同扇区和不同基站的相邻扇区可大大提供频谱资源利用率多载波同一扇区内使用邻频多载波，可大大提高系统容量基站的扇区数可为：24、16、12、8、6、4相应的天线覆盖角为：150、22.50、300、450、600、900LMDS系统结构－基站覆盖（a）单扇区基站（b）多扇区基站LMDS系统结构——用户站接入一个LMDS用户站可为多个用户终端提供业务如一幢楼的所有用户终端用户站设备含：天线、收发信机、网络接口单元NIU网络接口单元收发信机HUBPBX用户端设备中心站空中接口PSTNATMIPE1POST10Base-TATM用户站接入示意图LMDS技术特点集中控制，便于用户接入管理（基站控制）上下行不对称下行带宽为1GHz，上行为300MHz提供QoS保证，根据业务QoS，申请并分配带宽双工通信:FDD\TDD多路访问：TDM/TDMA、FDM/FDMA系统容量大：带宽大（1.3GHz），提供容量大可扩容性强：可增加每个扇区的载波数（最多可容纳5个载频）可增加扇区的数量，最多可划分24个扇区中国的LMDS技术系统技术标准制定单位：信息产业部接入网技术要求：26GHz本地多点分配系统(LMDS)频率分配无线电管理委员会：[2001]652号关于发布26GHz频段FDD方式本地多点分配业务（LMDS）频率规划的通知下行频率：24.507～25.515GHz，带宽1.008GHz上行频率：25.757～26.765GHz，带宽1.008GHz信道带宽：28MHz、14MHz、7MHz、3.5MHzFDD双工间隔：1.250GHzLMDS系统局限性频段为20—40GHz，各个国家根据情况制定要求视距传输受雨衰影响大技术实现成本相对较高没有被广泛接受的标准，发展受挫各家产品很难互联互通制约了规模发展为802.16标准的出台提供了良好的技术准备802.16借鉴了LMDS的部分基本思想系统结构、上下行技术、频段9.4802.16标准概要9.4.1概要9.4.2标准及演进9.4.3系统结构9.4.4业务9.4.5协议模型9.4.1概要802.16工作组成立于1999年负责开发宽带无线城域接入规范以固定城域接入为主旨在提供电信级的服务和QoS保证目前最新版本：802.16-2004规范主要内容：10—66GHz频段MAC层和物理层旨在为集团用户提供固定无线城域接入多接入用户共享接入设备、室外型定向天线2—11GHz频段MAC层和物理层希望能支持个人用户和游牧用户的接入希望个人用户独享接入设备（手持设备）9.4.2标准及演进802.16-2001和802.16c-2002802.16-2001：10GHz～66GHz规范802.16c-2002：对802.16-2001修订需视距传输，设备成本相对较高802.16a-20032GHz～11GHz规范超视距传输，设备成本相对较低规范了新的物理层新增技术OFDM、OFDMA、mesh技术等9.4.2标准及演进802.16-2004合并了先前的版本2—66GHz频段规范现行最新标准802.16e-2005旨在使用户能在802.16基站之间自由切换WiMAXWiMAX（WorldInteroperabilityforMicrowaveAccess，全球微波接入互操作性推动802.16标准的制定对不同厂商的芯片和设备进行标准化认证帮助推动与保证设备的兼容性和互操作性9.4.3系统结构两种结构点到多点：PMP网格状：meshPMP结构组成一个或多个基站BS、可选的中继站RS，多个用户站SS，内部链路等通过G接口连接数据终端，F接口连接核心网络一个基站控制多个用户站用户站只能直接与基站（或中继站）通信用户站之间的通信必须经过基站转发(通常用户站之间不通信)下行：BS是唯一的发送者上行：多个SS共享信道，需要MAC协议单跳无线网络PMP结构基站BS蜂窝结构、一个或多个扇区一个802.16系统可有多个BS（扩大范围）用户站SS用户侧接入设备，可由多个用户终端共享多个SS共享到BS的无线信道中继站RS可选，目的是扩大覆盖范围接口G接口：连接SS与TE，如以太接口等F接口：连接802.16网络与核心网mesh结构无线mesh网络多跳无线网络结构网络节点功能路由存储与转发802.16mesh结构各SS之间有直接通信的无线接口SS具有中继/转发功能SS之间通过无线链路形成mesh结构接入范围明显增大，尽量避免接入孤点但802.16并没有就如何实现mesh进行规范无线mesh是目前研究热点

802.16留有mesh接口，为今后发展打下了基础9.4.4业务主动授权业务UGSUGS：UnsolicitedGrantService固定速率，时延敏感业务如：T1/E1以及没有静默压缩的VoIP等。实时轮询业务rtPSrtPS：Real-timePollingService可变速率实时业务如：MPEG视频业务非实时轮询业务nrtPSnrtPS：Nonreal-timePollingService非周期变长分组的非实时数据流如，有保证最小速率要求的Internet接入尽力而为业务BEBE：BestEffort非实时、无任何速率和时延抖动要求的分组数据业务如E-mail和短信等，不要求提供吞吐量和时延保证。

9.4.5协议参考模型

MAC层业务汇聚子层CS(Convergence

Sublayer)MAC公共子层（MACCommandPartSublayer）加密子层PS（PrivacySublayer

）物理层PHY业务会聚子层MAC公共子层加密子层物理层高层802.16协议的范围MACCSSAPMACSAPPHYSAP9.5802.16MAC层9.5.1MAC概述9.5.2MAC主要特点9.5.3MAC层要点9.5.3.1CS要点9.5.3.2MACCPS要点9.5.3.3PS要点9.5.1MAC概述802.16的宗旨是提供电信级的服务和QoS保证MAC协议十分精巧且复杂采用面向连接的协议保证可靠性针对不同业务采用不同的带宽分配方式，保证QoS采用接入认证和数据加密保证安全性MAC层功能通过三个子层协同实现CS、MACCPS、PS9.5.2MAC主要特点提供面向连接的服务802.16MAC层最显著的特征多种带宽分配机制非申请授予无竞争申请授予（单播轮询方式）竞争申请授予（组播/广播轮询方式）冲突分解当竞争申请带宽冲突时，采用截断二进制指数退避支持PDU猝发一次连续发送多个MACPDU支持SDU分段/重装发送方，将一个SDU分成多个小段，由多个PDU传送接收方，重装SDU支持SDU拼装多个SDU被封装在一个PDU中传输认证与加密接入认证、数据加密9.5.3MAC层要点9.5.3.1CS要点功能ATMCSPacketCS9.5.3.2MACCPS要点功能带宽请求与分配接入初始化9.5.3.3PS要点9.5.3.1CS要点功能通过CSSAP向不同的高层协议提供服务汇聚多种不同的业务针对不同的高层业务流进行分类和映射根据业务流及相应的QoS要求，将其映射到不同的CID（连接标识符）两种不同的CSATMCSPacketCS9.5.3.1CS要点——ATMCS承载高层数据为ATM信元主要功能将ATM信元头部中的虚电路标识映射为相应的连接标识符CID（16位）对于VP交换，将VPI映射为一个CID对于VC交换，将VPI/VCI映射为一个CID映射的同时，隐含业务的QoS参数。目的是使MACCPS根据CID建立连接9.5.3.1CS要点——PacketCS承载高层数据为可变长分组Ethernet帧、PPP帧……主要功能将不同的高层分组业务进行分类将不同的高层分组业务映射为相应的连接标识符CID映射的同时，隐含业务的QoS参数。目的是使MACCPS根据CID建立连接9.5.3.1CS要点——PacketCS业务流分类与映射每个高层数据（SDU）首先进入分类器进行匹配每个业务流对应一个SFID

每个SFID对应匹配一个CID

符合匹配关系的业务流，MACCPS将按匹配的CID建立连接，保证QoS不符合匹配关系的业务流，可选两种处理策略：

直接丢弃在默认的连接上传输，但不一定满足QoS要求9.5.3.2MACCPS要点MACCPS是MAC层的核心主要功能包括：建立/维持/拆除连接接入控制带宽分配与管理动态业务流管理在特定的MAC连接上传输信息，并保证QoS传送高层数据传送管理信息9.5.3.2MACCPS要点

带宽分配与管理带宽申请由SS向BS发起带宽分配与管理由BS集中控制带宽申请与分配与业务紧密相关带宽申请策略总带宽申请和增量带宽申请相结合单独带宽申请和捎带申请相结合捎带申请只能是申请增量带宽带宽分配策略直接分配（预留，无需申请）先申请后分配9.5.3.2MACCPS要点

带宽分配与管理带宽分配：非申请授予和申请授予非申请授予适用于恒速率时延敏感型业务，不需申请带宽，直接授予（带宽预留）申请授予（轮询申请）单播轮询申请BS定期轮询单播轮询SS，SS在应答中申请带宽一种无竞争的申请方式适用于可变速率时延敏感型业务组播/广播轮询申请BS对一组或全体SS轮询，SS在指定时隙竞争申请带宽一种有竞争的申请方式，可能碰撞适用于时延不敏感的分组数据业务9.5.3.2MACCPS要点

接入与初始化过程扫描下行信道，建立与BS的同步从BS广播信息中获取上行信道参数测距基本能力协商SS接入准许，并交换密钥注册建立IP连接（连通性）建立日期/时间传送运行参数连接预连接初始化完毕：

SS已锁定上行和下行信道获得了预指派的所有业务流的SFID、QoS参数描述以及对应的CID

获得了用于发送和接收管理信息的CID（注意上下行是分开的）。9.5.3.3PS要点提供SS与BS之间的私密性包括：加密封装协议负责空中传输的分组数据的加密只针对MACPDU中的负荷部分加密

MAC头部及管理信息均不加密密钥管理协议(PKM)负责BS到SS之间密钥的安全分发、密钥数据的同步以及业务接入的鉴权9.6802.16物理层9.6.1物理层概述9.6.2技术要点共用技术2－11GHz频段的技术特色9.6.1物理层概述类别频段特点WirelessMAN-SC10-66GHz许可频段单载波调制，视距传输，FDD和TDD双工，上行：TDMA+DAMAWirelessMAN-SCa

<11GHz许可频段

单载波调制，非视距传输，FDD和TDD双工，上行：TDMA+DAMA；可选自适应天线系统（AAS）、ARQ和空时编码（STC）等WirelessMAN-OFDM<11GHz许可频段256个子载波的OFDM调制，非视距传输，FDD和TDD双工，可选AAS、ARQ、Mesh模式和STC等WirelessMAN-OFDMA<11GHz许可频段2048个子载波的OFDM调制，非视距传输，FDD和TDD双工，可选支持AAS、ARQ和STCWirelessHUMAN

<11GHz免照频段可采用SCa或OFDM或OFDMA调制，双工TDD，必须支持动态频率选择（DFS），可选支持AAS、ARQ、Mesh和STC等按需分配多址(DAMA)体制INTELSATIV卫星中采用的DAMA体制为每载波单路按需分配多址(SPADE)体制。SPADE体制特点：1.载波只受单路64kb/s的PCM信号调制－QPSK；2.信道间隔为45kHz，一个卫星转发器的带宽可以容纳800路载波，其中留有6个载频位置空闲备用，故可提供794路载波使用；3.各载波动态地按需分配；4.用一个160kHz带宽的公共信令信道作动态分配用，其比特率为128kb/s，采用BPSK调制。工作原理：有公共信令信道：以固定分配的TDMA广播模式工作。每个地球站在公共信令信道内每50ms中有1ms的时隙可以用来请求或释放信道。信道分配是由所有地球站控制的。由于SPADE体制的按需分配，它的容量相当于提高到4倍，即800路的SPADE信道相当于3200路MCPC信道。9.6.2物理层技术要点

共性技术双工技术FDD和TDD两种双工方式都采用定时长帧，猝发方式可选的时长：0.5ms/1.0ms/1.5ms信号处理技术随机化处理FEC编码