无线宽带网络

第6章互联网第7章无线宽带网络第8章无线低速网络第9章移动通信网络

第三篇网络构建2/4/20231通信与信息工程学院

第7章无线宽带网络2/4/20232通信与信息工程学院第7章无线宽带网络覆盖范围较广，传输速度较快，为物联网提供高速、可靠、低成本、且不受接入设备位置限制的互联手段以Wi-Fi和WiMAX为例，介绍无线宽带网络的特点，以及无线局域网技术和无线城域网的架构和特点7.1无线宽带网络概述7.2Wi-Fi：无线局域网7.3WiMAX：无线城域网7.4无线物联世界2/4/20233通信与信息工程学院7.1

无线宽带网络概述2/4/20234通信与信息工程学院7.1.1无线网络简介无线网络重要协议Wi-Fi：Wireless-Fidelity，无线保真WiMAX：WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess

全球微波互联接入3G：3rdGeneration，第三代（移动通信）无线网络的组成元素有哪些？7.1

无线宽带网络概述2/4/20235通信与信息工程学院1、无线网络用户具备无线通信能力，可将无线信号转化为有效信息的终端设备（笔记本电脑、PDA、3G手机等）2、无线连接无线网络用户与基站间或无线网络用户间，用以传输数据的通路（无线电波与信道）3、基站将无线用户连接至更大的网络中Wi-Fi对应基站称为接入点，覆盖范围几十米蜂窝电话基站称为蜂窝塔，覆盖范围几千米~几十千米7.1

无线宽带网络概述2/4/20236通信与信息工程学院无线网络的分类（按覆盖范围）7.1

无线宽带网络概述2/4/20237通信与信息工程学院7.1

无线宽带网络概述无线宽带网络3G：无线广域网WiMAX：无线城域网Wi-Fi：无线局域网UWB：超宽带无线个域网自组织网络无需基站和上层网络支持用户具备网络地址分配、路由等功能2/4/20238通信与信息工程学院7.1.2无线宽带网络及其特点宽带网络：带宽超过1.544Mbps的网络（T1网络带宽）无线宽带网络：Wi-Fi、WiMAX、3G无线宽带网络与有线宽带网络区别在于数据链路层和物理层无线通信由基站与上层网络进行数据交互基站等价于交换机，无线网卡代替了有线网卡7.1

无线宽带网络概述2/4/20239通信与信息工程学院ITU两类重要的语音通信标准：E体系与T体系基（一次）群：把一定路数的数字语音信号（64kbps）复用成一路标准数据流T1：对24路信号进行复用，8000帧/秒每帧包含193个bit：8×24+1位同步码=193bitT1的总数据率（24路基群）8000帧/s×（24路/帧×8bit+1）=1544kbps应用于北美与日本的语音电话传输网络中7.1

无线宽带网络概述2/4/202310通信与信息工程学院信号强度衰减无线信号能量随着传输距离增长而减弱非视线传输若发送者与接收者之间的路径部分被阻挡，则无线信号可能会被阻挡物吸收或迅速衰减信号干扰相同无线频段的信号以及外部环境的电磁噪声会相互干扰多径传播无线信号由于阻挡物反射与折射，到达接收端时间有所不同7.1

无线宽带网络概述2/4/202311通信与信息工程学院隐藏终端（HiddenTerminal）问题A，B之间可通讯C，B之间可通讯A，C之间不可通讯A，C可能同时向B传输且意识不到彼此之间的干扰7.1

无线宽带网络概述ABC2/4/202312通信与信息工程学院第一次作业点评共收到作业100+1份（90%）一半作业（51份）按要求的格式完成了作业（满分）

学生信息、字体、行距、篇幅不符合格式规范的酌情扣分（篇幅过长）3位同学完成较为出色：针对所介绍的技术，提出了教材中没有的、对该技术持有异议观点及看法（加分）摘要、关键字、参考文献2/4/202313通信与信息工程学院无线网络的分类（按覆盖范围）7.1

无线宽带网络概述2/4/202314通信与信息工程学院7.2

Wi-Fi：无线局域网2/4/202315通信与信息工程学院7.2

Wi-Fi：无线局域网Wi-Fi联盟（Wi-FiAlliance）所持有的无线网络通信技术品牌目的：改善IEEE802.11标准的无线网络产品之间的互通性IEEE802.11a/b/g/n的出现，使IEEE802.11被统称为Wi-FiIEEE802.11标准IEEE制定的无线局域网标准用于解决局域网和校园网中，用户终端的无线接入802.11标准在速率和传输距离上无法满足需求，因而推出了一系列802.11标准2/4/202316通信与信息工程学院7.2

Wi-Fi：无线局域网7.2.1802.11物理层（P135）不同802.11协议的差异主要体现在使用频段，调制模式和信道等物理层技术上2/4/202317通信与信息工程学院7.2

Wi-Fi：无线局域网扩展频谱通信技术又称为扩频通信技术，具有三个重要属性：（1）信号所占频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽（2）频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关（3）在接收端用同样的编码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据传输速率灵活可变、可加入不同码序列（纠错、同步、密钥）广泛应用于3G移动通信中（CDMA）2/4/202318通信与信息工程学院正交频分复用（OFDM）技术多路复用：将多路彼此不相关的消息信号合并为一个复合的群信号，共同在一条信道上进行通信分为：频分多路复用（FDM）（1920年前后）时分多路复用（TDM）（1980年前后）码分多路复用（CDM）（1995年前后）7.2

Wi-Fi：无线局域网2/4/202319通信与信息工程学院主要问题是设备复杂和存在串扰7.2

Wi-Fi：无线局域网2/4/202320通信与信息工程学院7.2

Wi-Fi：无线局域网OFDM的演进过程2/4/202321通信与信息工程学院7.2

Wi-Fi：无线局域网2、基本原理（1）将数据流串并转换为N路速率较低的子数据流（2）N路子数据流分别调制N路子载波（3）N路子载波是相互正交的子数据流传输速率是原来的1/N具有较强的抗多径衰落与抗脉冲干扰能力2/4/202322通信与信息工程学院7.2

Wi-Fi：无线局域网7.2.2802.11架构基本服务组（BSS）：802.11架构中最重要的组成部分基站模式无线终端用户通过与接入点相关联获取上层网络数据接入点（基站）通过有线网络设备（路由器）连入上层公共网络。无线路由器是接入点和路由器功能的结合体自组织模式每个无线网络用户既是数据交互终端也是数据传输的路由2/4/202323通信与信息工程学院7.2

Wi-Fi：无线局域网2/4/202324通信与信息工程学院7.2

Wi-Fi：无线局域网信道802.11b/g将85MHz频带分为11个不同频段的信道接入点管理者为每个接入点指派信道不相互干扰的信道中间须隔至少4个其它信道用户与接入点关联（基站模式）接入点广播识别帧（包含接入点MAC地址等信息）用户根据识别帧选择与其中一个接入点建立关联识别帧扫描方式被动扫描：接入点周期性广播识别帧主动扫描：无线用户主动广播探测帧，收到探测帧的接入点以回应帧响应，最后用户根据回应帧选择接入点2/4/202325通信与信息工程学院7.2

Wi-Fi：无线局域网7.2.3802.11介质访问控制（MAC）协议目的：避免多个用户同时访问信道载波监听多路访问（CSMA：CarrierSenseMultipleAccess）：用户在发送数据之前先监听信道，信道占用则不发送数据冲突避免（CA：CollisionAvoidence）：要求建立数据链路层确认/重传机制以避免冲突冲突检测（CD：CollisionDetected）：对已发生冲突进行检测802.11标准采用避免冲突载波监听多路访问协议（CSMA/CA）以太网采用冲突检测多载波监听多路访问协议（CSMA/CD）2/4/202326通信与信息工程学院7.2

Wi-Fi：无线局域网802.11标准采用CSMA/CA的原因冲突检测需要全双工工作模式单工系统：只能沿一个固定方向传输信息。如电视广播全双工系统：可同时沿两个方向传输信息。如电话通信半双工系统：任何时候只能沿一个方向传输信息，但可以切换传输方向。如对讲机通信硬件代价过高，无线网卡很难同时接收和发送无线信号无线信号的衰减特性和隐藏终端问题使冲突很难被侦测2/4/202327通信与信息工程学院7.2

Wi-Fi：无线局域网802.11协议CSMA/CA信道访问机制传输端侦测空闲信道若等待分布帧间隔（DIFS）后信道仍空闲，则开始传输数据繁忙信道随机退避，若侦测到信道空闲，则减少退避数值当退避时间结束后开始发送，若没有收到ACK，增大退避间隔接收端接收到数据，等待短帧间隔（SIFS）后发送ACK2/4/202328通信与信息工程学院7.2

Wi-Fi：无线局域网RTS和CTS机制：预留信道为避免冲突和隐藏终端，发送端可请求预留信道而不是随机访问，由RTS（RequesttoSend）和CTS（CleartoSend）实现发送端：使用CSMA/CA向接入点发送RTS接入点：广播CTS接收到CTS的用户：RTS发送者发送数据，其它用户延后发送2/4/202329通信与信息工程学院7.2

Wi-Fi：无线局域网预留信道的特点只为当前用户保留信道，有效消除隐藏终端问题虽然RTS/CTS可能会冲突，但由于二者帧结构很短，发生冲突概率较低且代价也很小增加传输延时和降低信道利用率RTS/CTS适用冲突发生概率较高的场境中，如无线网络用户每次都需传输较长数据帧时2/4/202330通信与信息工程学院通信系统基本性能指标有效性：给定时间内能传输信息内容的多少可靠性：接收信息的准确程度数字通信系统有效性：传输速率（bps或b/s）（高）频带利用率：每赫兹的传输速率（bps/Hz或b/s/Hz）（高）可靠性：误比特率（BER，BitErrorRate）（小）7.2

Wi-Fi：无线局域网2/4/202331通信与信息工程学院7.2

Wi-Fi：无线局域网7.2.4802.11数据帧结构（共2346Bytes）2/4/202332通信与信息工程学院7.2

Wi-Fi：无线局域网数据载荷需要传输的数据信息，是数据帧的核心部分。由IP报文或地址解析协议（ARP）包填充，最大长度2312字节循环冗余检验码长度4字节，检查数据帧比特位是否出错序列号确认数据帧，区分新收数据帧和重发数据帧控制域包含多个子域：区分帧类别、区分用户/接入点、定义地址等2/4/202333通信与信息工程学院7.2

Wi-Fi：无线局域网地址4个地址域：每个地址为6字节的MAC地址，地址1~3分别用于识别无线用户、接入点与路由器，地址4用于自组网络中识别无线用户和接入点1）目的用户MAC地址2）源用户MAC地址3）与接入点相连路由器MAC地址7.2.5802.11小结（P143）2/4/202334通信与信息工程学院7.3

WiMAX：无线城域网2/4/202335通信与信息工程学院7.3

WiMAX：无线城域网7.3.1WiMAX概述及架构为广阔区域内无线网络用户提供高速无线数据传输业务视线覆盖范围达112.6千米，非视线覆盖范围达40千米带宽70Mbps，可取代传统T1型和DSL有线连接可提供更人性化多样化的服务与之对应的是一系列IEEE802.16协议组2/4/202336通信与信息工程学院7.3

WiMAX：无线城域网802.16协议组2/4/202337通信与信息工程学院7.3

WiMAX：无线城域网WiMAX架构：与802.11基站模式类似1）基站与用户之间的连接：基站以点对多点连接为用户提供服务。这段被称为“最后一英里”（LastMile）多为非视线通信采用全双工传输，基站根据用户需求分配上下行信道带宽2）基站与上层网络之间的连接：基站通过光纤、电缆、微波等方式与上层网络点对点相连。称为“回程”（Backhaul）高速、稳定的连接2/4/202338通信与信息工程学院7.3

WiMAX：无线城域网3）工作频段10GHz～66GHz毫米波段，分配频带较宽，数据载荷能力大波长较短，适合视线传输，可作为回程连接载波2GHz～11GHz厘米波段，波长较长，受障碍物干扰较小适合非视线传输，用于最后一英里传输2/4/202339通信与信息工程学院7.3

WiMAX：无线城域网7.3.2WiMAX介质访问控制