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1、接入网技术,接入网技术,第7章宽带无线接入概论,接入网技术,7.1 概述,无线接入具有不可替代的优点：使用灵活性和更强的抗灾变能力 游牧式的接入：Nomadic Access 无线接入网，是部分或全部采用无线电波这一传输媒质连接用户与交换中心的接入网 无线接入网 无线本地环路 蜂窝与无绳系统 连接用户终端与交换中心的微波一点对多点系统 卫星接入系统 无线局域网,接入网技术,使用历史,采用无线电波连接用户与交换中心已有多年历史 最初，其主要应用为两个方面 用于用户密度稀疏且有线链路难以到达的地区，如海岛、山区和农村等 作为临时性通信手段使用，例如，临时贸易中心、临时体育比赛中心等应用场合 随着蜂
2、窝和无绳移动系统的发展，无线链路的使用已移向用户密集的市区 同时，它也逐渐 从临时性链路变为永久性链路 从固定性接入变为移动性接入 从窄带接入向宽带接入发展,接入网技术,例：蜂窝移动通信,第一代（1G）模拟移动通信的历史使命已完成 第二代（2G）数字移动通信系统正在运营 第三代（3G）移动通信系统正在运营 第四代（4G）移动通信系统正在孕育之中,接入网技术,分类,无线接入网按照用户终端的可移动性，可分为 固定接入 移动接入 按照传输带宽的宽窄，可分为 窄带接入：接入速率低于2Mb/s 宽带接入：传输带宽高于或等于2Mb/s,接入网技术,无线接入网主要特点,建设周期短-省去了挖坑埋缆，或竖杆架线
3、等线路施工过程 在通信距离较长时，具有较好的经济性-节省建设投资和维护费用 抗灾变能力强-不容易被自然灾害所中断，恢复时间也较短 能同时向用户提供固定接入和移动接入。能向用户提供移动性业务是无线接入网区别于有线接入网的最重要标志 支持个人通信。个人通信的特点是用户与终端的移动性,接入网技术,无线接入信道的反射、衍射和散射,电磁波在传播时，如果遇到障碍物，并且此障碍物大小与波长相比很大，那么电磁波就会发生反射 遇到障碍物有比较尖锐的断面，电磁波会发生衍射，即不按直线传播 当传播介质充满了远小于波长的障碍物，则电磁波发生散射-向多方向辐射,接入网技术,衰落与多径传播,多径传播 在无线信道中，电磁波
4、传播时由于各种反射、衍射和散射，会产生大量的传播路径，传播路径不同会造成相位差异，路径损失也不同 在接收端来自不同方向、通过不同传播路径的电磁波经由同一天线接收，会在天线处通过矢量叠加得到合成信号，形成多径传播 衰落 移动台短时快速移动，会使接收的能量起伏不定，呈现明显的随机波动现象，即衰落，这种衰落的能量波动变化很快，称为快衰落，（小尺度衰落） 当接收天线向远离发射天线方向运动时，能量也会衰减，这种衰减幅度较小，称为慢衰落（大尺度衰落）,接入网技术,影响衰落的因素,多径传播 移动台的移动速度 信道中障碍物的移动速度 信号的带宽,接入网技术,衰落类型,信道参数（时延和Doppler扩展）以及信
5、号参数（带宽、符号间隔）共同决定了发射信号所经历的衰落特性，根据这些参数可以将信道进行分类。 多径时延扩展产生的衰落效应 平坦衰落：无线信道带宽大于发射信号带宽，信号频谱不变 频率选择性衰落：信道带宽小于信号带宽，接收信号各频率分量增益不同 Doppler扩展引起的衰落效应 快衰落：信道的变化率大于信号的变化率，即数据率很低的情况下 慢衰落：信道的变化率小于信号的变化率，即信道可以在一个或多个符号周期不变化,接入网技术,常见的无线环境,车载无线环境 特征是宏小区和大的发射功率 室外到室内和步行者的无线环境 特征是微小区和低的发射功率 室内办公无线环境 发射功率较小，基站和用户均在室内,接入网技
6、术,无线接入的基本技术,信源编码与信道编码技术 多址接入技术 抗衰落技术 网络安全技术 无线空中接口,接入网技术,信源编码技术,信源编码就是将来自模拟信源或离散信源的信号变换为适合于在数字通信系统中传输的数字信号 波形编码 对模拟话音信号取样、量化后直接编码形成数字信号 在接收端通过解码恢复话音信号的原始波形 参量编码 对模拟话音信号取样、量化后，取出话音的特征参量，对这些特征参量进行编码形成数字信号直接编码形成数字信号 在接收端通过解码确保话音的可懂度和清晰度 混合编码 不但对话音信号的特征参量进行编码，而且对原信号的部分波形进行编码 在数字蜂窝移动通信系统中采用,接入网技术,信道编码技术,
7、信道编码就是在数据发送之前，在信息码元中再增加冗余码元（即监督码元），用来供接收端纠正或检出信息在信道传输中产生的误码 分组码 特点：监督码元只与本组的信息码元有关 循环码中的任何一个码字向左或向右循环移位后，仍是该码字集合中的码字 BCH码是一种能纠正多个随机差错的特殊循环码，其码长为n2m1或是2m1的因子，m为正整数 R-S是Reed-Solomon码的缩写，是一种多进制的BCH码。一个M进制码元有M个二进制码元,接入网技术,信道编码技术（2）,交织编码 将已编码的码字交织，使突发误码转换为一个纠错码字内的随机误码 对突发错误有效 卷积码 表示编码器的n个输出不仅与本时间单元内的k个输入
8、码有关，还和前m-1个时间单元的输入码有关 Turbo码 卷积编码+非均匀交织,接入网技术,多址接入技术,频分多址（FDMA） Frequency Division Multiple Access 把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道（或称信道），分配给不同的用户使用 时分多址（TDMA） Time Division Multiple Access 把无线频谱按时隙划分，若干个时隙组成一帧 码分多址（CDMA） Code Division Multiple Access 各用户使用各自的扩频编码，即用互不相同、相互正交或准正交的地址码来调制信号，在接收端通过相关检测从混合信号中选出相应的
9、信号 空分多址（SDMA） Space Division Multiple Access 通过控制用户的空间辐射能量来提供多址接入能力 通过分割空间信道分离同一时隙和同一频道上的多个用户信号,接入网技术,抗衰落技术,分集技术 空间分集（Space Diversity）是在发端使用一副发射天线，接收端使用多副接收天线，并且接收端天线的间隔足够大（d/2），从而保证各接收天线输入信号的衰落特性相互独立 时间分集（Time Diversity）就是将给定的信号在时间上相隔一定的间隔重复传输多次，只要时间间隔大于相干时间，就可以得到多条独立的分集支路 频率分集（Frequency Diversity）
10、是将要传输的信息分别以不同的载频发射出去，只要载频的间隔大于相干带宽，那么在接收端就可以得到衰落特性不相关的信号,接入网技术,抗衰落技术（2）,自适应均衡技术 采用自适应均衡技术可以克服码间干扰 均衡技术的目的是根据信道的特性，按某种最佳准则来设计均衡器的特性，使得经过信道传输后的收端信号与发端信号之间达到最佳匹配 算法有多种，即最小均方误差算法、递归最小二乘法、快速递归最小二乘法、平方根递归最小二乘法和梯度递归最小二乘法等,接入网技术,网络安全技术,目标 对于接入网络的呼叫请求进行鉴权，判定用户身份的合法性 对移动台的用户识别码进行保护，即用经常变更的临时移动台识别码代替用户识别码 对无线信
11、道上的用户数据和信令信息进行加密 用户鉴权 移动台做主叫、移动台做被叫、移动台位置登记、位置更新、基站要求鉴权 信息加密 使基站和移动台之间交换的用户信息和用户参数不被截获或监听,接入网技术,无线空中接口,无线接口自下而上分为三层： 物理层-完成编码、调制及各物理信道的扩频 数据链路层-在移动台和基站之间建立可靠的数据传输通道 完成建立、维持及释放一个逻辑链路连接所必须的功能，包括流量控制、争先判决、序列控制，选择确认或不确认操作之类的通信方式，将通信数据插入发信数据帧或从收信帧中取出等 管理层-可进一步分为三个子层 无线资源管理子层：建立、改变和释放无线信道。包括无线信道的设置、分配、切换及
12、性能监测等 移动管理子层主要支持用户的移动性，在移动台和移动交换中心间建立、保持及释放连接，管理由移动台启动的位置更新，以及加密、识别和用户鉴权等事务 连接管理子层支持以交换信息为目的的通信，由呼叫控制、补充业务、短消息业务组成,接入网技术,总结,无线传输技术复杂 频率有限、干扰起伏、信道复杂 近年来技术进步令人瞩目 高效调制、强力纠错、有效的MAC协议 需求与技术，强烈激发了多种BWA的标准化 BWA：Broadband Wireless Access WPAN/WLAN/WMAN/WRAN，WWAN 无线接入正在迎来生机蓬勃的春天,接入网技术,7.2 无线数据网络发展史,历史悠久 互联网初
13、期：ARPANET 无线传输的分组交换网络：PRNET分组无线网和SATNET分组卫星网 早期的无线接入网：夏威夷大学ALOHAnet：将分散在4个岛屿上的计算机终端用无线网络连接到主校区的计算机主机 早期网络的经验 无线接入，有时是不可取代的，如野外、荒岛 分组交换是唯一合理的技术 必须大大提高调制、抗干扰的能力 必须深入研究MAC协议以适应复杂的无线网络环境 长期以来，研究工作一直在努力 例如军事通信领域的Ad-hoc、MANET,接入网技术,7.3 地面BWA技术,多种BWA技术正在蓬勃发展 需求牵引、技术推动 标准化活动十分活跃 IEEE 802委员会对BWA展开全线标准化活动 802
14、.11： WLAN，无线局域网 802.15： WPAN，无线个域网 802.16： WMAN，无线城域网 802.20：MBWA，移动宽带无线接入 802.22： WRAN，无线区域网 WWAN：无线广域网正在走向宽带，例如3G,接入网技术,WLAN接入技术,技术标准：802.11，现行版本是1999版 802.11： 2Mb/s 802.11b： 11Mb/s 802.11a和802.11g： 54Mb/s 802.11n： 100Mb/s 802.11i： 增加安全性 802.11e： 链路QoS 802.11s： 无线mesh网 802.11p： 车辆接入网 802.11k： 无线广播
15、资源管理 802.11v： 无线网络管理 厂商联盟Wi-Fi(Wireless Fidelity),接入网技术,WMAN接入技术,城域接入网络，覆盖半径为10千米到几十千米， 70Mb/s 技术标准：802.16 802.16-2001：在10GHz-66GHz频段工作的固定BWA系统 2Mb/s 802.16c-2002： 技术上修正 802.16a-2003：2GHz-11GHz频段工作的BWA系统 802.16-2004： 当前标准版本，用于城域固定宽带无线接入 802.16e： 提供面向移动终端的服务 厂商联盟WiMAX(微波接入全球互操作性)论坛,接入网技术,WWAN接入技术,并不直
16、接使用物理介质，而是基于已有的通信基础设施构件网络-基于移动通信 GSM+GPRS=2.5G网络 3G移动通信系统,接入网技术,WPAN接入技术,附加一公里 工作于服务10m范围的个人区域，用于组成个人网络 技术标准：802.15,接入网技术,7.4 卫星接入技术,无线网络的覆盖特性 地面网络：路灯式覆盖 卫星网络：阳光式覆盖 卫星接入的特别意义 覆盖：边远地区、崇山峻岭、浩瀚海域 用于：野外接入、应急抢险接入、海上接入 卫星轨道类型：GEO/MEO/LEO GEO：地球同步轨道卫星，36000km的地球同步轨道上 LEO：低地球轨道卫星，800km-2000km，发射功率低 MEO：中地球轨道卫星，10000km-20000km，覆盖单次通信 应用前景 前几年，部署受挫 现在，正开始新一轮发展,接入网技术,7.5 竞争与共存,BWA技术的竞争 各种BWA应用领域并不一致 也存在强烈竞争，例如：WMAN/MBWA/WRAN（无线区域网） 技术发展的命运必须接受市场检验 BWA技术的共存 各种BWA的互补性：WLAN/WMAN/WWAN 多系统共存：coexitance IEEE 802.18、802.19、802.21 有线接入与无线接入的互补性 永恒的主题：竞争、共存、发展,
