宽带无线通信技术概述课件.ppt
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- 宽带 无线通信 技术 概述 课件
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1、宽带无线通信技术宽带无线通信技术(Broadband Wireless Communication Technology)电子与信息工程学院电子与信息工程学院(2013年秋季学期)年秋季学期)2授课学时:授课学时:40;学分:;学分:2.5。授课时间:授课时间:7-16周;考试时间:周;考试时间:18周。周。教学内容:教材基本内容教学内容:教材基本内容+补充内容。补充内容。教学安排:教学安排:1.宽带无线通信技术基础部分(第宽带无线通信技术基础部分(第1章章第第3章):贾敏;章):贾敏;2.宽带无线通信技术应用宽带无线通信技术应用部分(第部分(第4章章第第6章):李卓明;章):李卓明;3.课程
2、总结:课程总结:2学时。学时。考核:考核:1出勤情况出勤情况+课堂表现课堂表现:10-20分;分;2作业作业:10分;分;3闭卷考试闭卷考试:卷面卷面70-80分。分。课程学习要求:课程学习要求:掌握宽带无线通信的基本理论与宽带无线通信网络的基础掌握宽带无线通信的基本理论与宽带无线通信网络的基础知识,以及目前宽带无线通信领域的主流标准和新技术。知识,以及目前宽带无线通信领域的主流标准和新技术。3主要内容主要内容:1.1 无线通信技术的发展无线通信技术的发展1.2 宽带无线接入概述宽带无线接入概述1.3 宽带无线接入技术的分类宽带无线接入技术的分类1.4 BWA技术的发展概况技术的发展概况1.5
3、 蜂窝移动通信技术概述蜂窝移动通信技术概述1.6 宽带无线通信技术发展趋势宽带无线通信技术发展趋势4 过去的过去的10多年是通信技术、电信基础设多年是通信技术、电信基础设施建设及电信服务水平飞速发展的黄金十年,施建设及电信服务水平飞速发展的黄金十年,高新技术不断涌现,基础设施日益完善,服高新技术不断涌现,基础设施日益完善,服务模式推陈出新,形成了一个欣欣向荣的巨务模式推陈出新,形成了一个欣欣向荣的巨大产业,涌现了一些具有代表性的通信技术。大产业,涌现了一些具有代表性的通信技术。1.1.1 通信技术的总体发展通信技术的总体发展5 在有线通信方面,随着在有线通信方面,随着20世纪世纪90年代年代中
4、期中期ATM、FR、DDN网络的大面积建设,网络的大面积建设,电信电信数据网络市场彻底告别了数据网络市场彻底告别了X.25时代时代,开,开启了一个宽带数据网络发展与应用的春天。启了一个宽带数据网络发展与应用的春天。6 在公众服务领域,无线和移动通信技术在公众服务领域,无线和移动通信技术及服务相对有线通信而言可谓是更加轰轰烈及服务相对有线通信而言可谓是更加轰轰烈烈,后来居上。烈,后来居上。20世纪世纪80年代末的无线寻呼年代末的无线寻呼技术及服务技术及服务的出现,首次将普通百姓带入了的出现,首次将普通百姓带入了一个移动通信的时代。一个移动通信的时代。7 第一代移动通信系统是以美国的第一代移动通信
5、系统是以美国的AMPS标准和欧洲的标准和欧洲的TACS标准为代表的移动通信标准为代表的移动通信系统,它是系统,它是模拟体制模拟体制的移动通信技术。的移动通信技术。第二代移动通信系统的出现迅速将公众第二代移动通信系统的出现迅速将公众个人移动通信服务推进了高速发展的黄金时个人移动通信服务推进了高速发展的黄金时期。期。第三代移动通信系统(简称第三代移动通信系统(简称3G)向人们)向人们描绘的是一个空前眼花缭乱的移动通信服务描绘的是一个空前眼花缭乱的移动通信服务世界。世界。8 LTE(Long Term Evolution)技术技术进一进一步改进和增强现有步改进和增强现有3G技术的性能,以应对现技术的
6、性能,以应对现有有WiMAX等新兴宽带无线接入(等新兴宽带无线接入(BWA)技)技术的竞争。术的竞争。LTE采用原计划用于采用原计划用于B3G/4G的的OFDM、MIMO等技术,为等技术,为3G技术向技术向B3G/4G演进提演进提供了一个台阶,使供了一个台阶,使3G向向4G的演进相对平滑。的演进相对平滑。9 而与此同时,以而与此同时,以IEEE 802.11a/b/g为代为代表的表的WLAN技术,以及以技术,以及以IEEE 802.16为代为代表的表的WiMAX下一代宽带无线接入技术,甚下一代宽带无线接入技术,甚至还包括以至还包括以DVB-T、DVB-H为代表的数字电为代表的数字电视地面无线广
7、播技术,如此众多的成熟和即视地面无线广播技术,如此众多的成熟和即将成熟的无线通信技术,在不久的将来将共将成熟的无线通信技术,在不久的将来将共同组成一个高效、灵活和可靠的无线通信网同组成一个高效、灵活和可靠的无线通信网络和移动通信网络。络和移动通信网络。1011通信市场正在呈现出通信市场正在呈现出话音业务移动化,数话音业务移动化,数据业务宽带化据业务宽带化的发展趋势;的发展趋势;电信网络也正向无线化和宽带化发展;电信网络也正向无线化和宽带化发展;在以在以ITU和和3GPP/3GPP2引领的蜂窝移动引领的蜂窝移动通信从通信从3G到到E3G,再走向,再走向B3G/4G的演进的演进道路上,各种无线技术
8、通过相互竞争互相道路上,各种无线技术通过相互竞争互相借鉴和学习,使得宽带无线通信技术不断借鉴和学习,使得宽带无线通信技术不断完善,网络安全性、实用性不断增强;完善,网络安全性、实用性不断增强;1.1.2 宽带无线通信技术发展背景宽带无线通信技术发展背景12丰富的市场终端支持,整个产业链已丰富的市场终端支持,整个产业链已逐渐成熟;逐渐成熟;政府社会信息化建设需求,加速了宽政府社会信息化建设需求,加速了宽带无线通信的发展。带无线通信的发展。13 截止截止2012年初,全球手机用户数量达到年初,全球手机用户数量达到60亿,全球有超过亿,全球有超过1.2亿的互联网用户。亿的互联网用户。14ISDNFT
9、THVDSLCATVxDSLPHS 1990100K1M10M100M 1G19952010Data speed1K10KVoice band modem20052000 W-CDMA TD-SCDMA cdma200 cdma2000 EV-DO (2.4M)W-CDMA/TD-SCDMA HSDPA (14M)LTE(50M/100M)Systems beyond IMT-2000IMT-2000802.16 family802.11 familyFixed Communications15国际电信联盟报告国际电信联盟报告ITU-R M.2033定义:定义:窄带(窄带(narrowband
10、):是指数据传输速):是指数据传输速度在度在100kbit/s以下的通信服务;以下的通信服务;宽带(宽带(wideband):是指数据传输速度:是指数据传输速度比窄带高,通常可达几百比窄带高,通常可达几百kbit/s;宽带(宽带(broadband):是指数据传输速:是指数据传输速度在度在1Mbit/s以上,典型传输速度在以上,典型传输速度在1100Mbit/s之间。之间。1.1.3 宽带无线通信的概念宽带无线通信的概念16FCC(Federal Communications Commission)2010年年07月月24日为日为“宽宽带带”这个词语下了一个定义,这个词语下了一个定义,FCC认
11、为宽认为宽带意味着下载速率为带意味着下载速率为4Mbps,上行为,上行为1Mbps,可以实现视频等多媒体应用,并,可以实现视频等多媒体应用,并同时保持基础的同时保持基础的Web浏览和浏览和E-Mail特性。特性。目前的宽带对家庭用户而言是指传输速率目前的宽带对家庭用户而言是指传输速率超过超过1M,可以满足语音、图像等大量信息,可以满足语音、图像等大量信息传递的需求。传递的需求。17大系统容量、高业务速率支持能力,亟待大系统容量、高业务速率支持能力,亟待发展的核心技术领域;发展的核心技术领域;世界各国高新技术支柱产业;世界各国高新技术支柱产业;当前和今后国际学术界及产业界竞争焦点;当前和今后国际
12、学术界及产业界竞争焦点;瓶颈问题突出,发展面临巨大挑战:瓶颈问题突出,发展面临巨大挑战:业务需求旺盛,增长迅猛;业务需求旺盛,增长迅猛;频谱资源受限,形成瓶颈。频谱资源受限,形成瓶颈。1.1.4 宽带无线通信的特点宽带无线通信的特点18我国的国家科技重大专项我国的国家科技重大专项“新一代宽带无新一代宽带无线移动通信网线移动通信网”属于属于国家中长期科学和国家中长期科学和技术发展规划纲要技术发展规划纲要(2006-2020年年)中确定中确定的的16个重大科技专项之一。个重大科技专项之一。正在制定正在制定“宽带中国宽带中国”战略。战略。2012年年4月月工信部召开宽带战略全国启动动员会,我工信部召
13、开宽带战略全国启动动员会,我国宽带提速的目标是到国宽带提速的目标是到2015年末,城市家年末,城市家庭上网带宽达到庭上网带宽达到20M,农村家庭上网带宽,农村家庭上网带宽达到达到4M。目前宽带中国战略已经上升到国。目前宽带中国战略已经上升到国家层面,具体规划预计在年底正式出台。家层面,具体规划预计在年底正式出台。191.2.1 接入网的定义接入网的定义 根据国际电信联盟(根据国际电信联盟(ITU-T)关于接入)关于接入网框架建议(网框架建议(G.902),接入网是在业务节),接入网是在业务节点接口(点接口(SNI)和用户网络接口()和用户网络接口(UNI)之)之间的一系列为传送实体提供所需传送
14、能力的间的一系列为传送实体提供所需传送能力的实施系统,可经由管理接口(实施系统,可经由管理接口(Q3)配置和)配置和管理。因此,接入网可由三个接口界定,即管理。因此,接入网可由三个接口界定,即网络侧经由网络侧经由SNI与业务节点相连,用户侧由与业务节点相连,用户侧由UNI与用户相连,管理方面则经与用户相连,管理方面则经Q3接口与电接口与电信管理网(信管理网(TMN)相连。)相连。2021 接入网的重要特征:接入网的重要特征:(1)接入网对于所接入的业务提供承)接入网对于所接入的业务提供承载能力,实现业务的透明传送。载能力,实现业务的透明传送。(2)接入网对用户信令是透明的,除)接入网对用户信令
15、是透明的,除了一些用户信令格式转换外,信令和业务处了一些用户信令格式转换外,信令和业务处理的功能依然在业务节点中。理的功能依然在业务节点中。22 (3)接入网的引入不应限制现有的各)接入网的引入不应限制现有的各种接入类型和业务,接入网应通过有限的标种接入类型和业务,接入网应通过有限的标准化的接口与业务节点相连。准化的接口与业务节点相连。(4)接入网有独立于业务节点的网络)接入网有独立于业务节点的网络管理系统,该系统通过标准化的接口连接管理系统,该系统通过标准化的接口连接TMN,TMN实施对接入网的操作、维护和实施对接入网的操作、维护和管理。管理。23 根据传输方式细分,可以将接入网分为根据传输
16、方式细分,可以将接入网分为有线接入网和无线接入网两种方式。有线接入网和无线接入网两种方式。对于无线接入网,按照空中接口承载业对于无线接入网,按照空中接口承载业务带宽的大小,又可以将其分为宽带无线接务带宽的大小,又可以将其分为宽带无线接入网和窄带无线接入网。入网和窄带无线接入网。241.2.2 宽带无线接入技术基本概念宽带无线接入技术基本概念 和基本特点和基本特点 在信息通信领域,发展速度最快,对人在信息通信领域,发展速度最快,对人们影响最大的两大技术就是宽带网络技术和们影响最大的两大技术就是宽带网络技术和无线(移动)通信技术,这两大技术的结合,无线(移动)通信技术,这两大技术的结合,即为宽带无
17、线接入(即为宽带无线接入(Broadband Wireless Access,BWA)技术技术。BWA技术指从用户终端到业务交换点技术指从用户终端到业务交换点之间通信链路采用无线链路的宽带接入技术,之间通信链路采用无线链路的宽带接入技术,它实际上是核心网络的无线延伸。它实际上是核心网络的无线延伸。25 与传统的有线接入方式相比,与传统的有线接入方式相比,BWA具具有如下特点。有如下特点。(1)覆盖范围灵活,单基站(或接入点)覆盖范围灵活,单基站(或接入点)的覆盖范围通常从几十米到几公里数量级不的覆盖范围通常从几十米到几公里数量级不等,可以使等,可以使BWA技术灵活地应用于从局域技术灵活地应用于
18、从局域网到城域网的整个区域。网到城域网的整个区域。(2)工作频带宽,可提供宽带接入。)工作频带宽,可提供宽带接入。26 (3)启动资金较小,不需要进行大量的)启动资金较小,不需要进行大量的基础设施建设,初期投入少,仅在增加用户基础设施建设,初期投入少,仅在增加用户(即有业务收入)时才需增加资金投入。(即有业务收入)时才需增加资金投入。(4)提供服务速度快,无线系统安装调)提供服务速度快,无线系统安装调试容易。试容易。(5)频率复用度高,系统容量大。)频率复用度高,系统容量大。(6)灵活的链路自适应技术。)灵活的链路自适应技术。27(7)MAC层具备调度机制。层具备调度机制。(8)动态带宽分配能
19、力。)动态带宽分配能力。(9)安全性。)安全性。(10)在发展方面极具灵活性。)在发展方面极具灵活性。(11)提供优质价廉的多种业务。)提供优质价廉的多种业务。(12)运营维护成本低。)运营维护成本低。28 宽带无线接入技术从覆盖范围上可以分宽带无线接入技术从覆盖范围上可以分为个域网无线宽带接入技术、局域网宽带无为个域网无线宽带接入技术、局域网宽带无线接入技术、城域网宽带无线接入技术和广线接入技术、城域网宽带无线接入技术和广域网宽带无线接入技术四类。域网宽带无线接入技术四类。(1)无线个域网()无线个域网(WPAN)覆盖范围从)覆盖范围从几厘米到几米,为不同设备间提供双向短程几厘米到几米,为不
20、同设备间提供双向短程通信,以蓝牙技术为代表。通信,以蓝牙技术为代表。(IEEE 802.15)29 (2)无线局域网()无线局域网(WLAN)覆盖范围从几)覆盖范围从几米到几百米,可以为一定范围内的用户提供米到几百米,可以为一定范围内的用户提供共享的无线接入带宽,共享的无线接入带宽,Wi-Fi是其代名词。是其代名词。它的最大特点是便携性,主要用来解决用户它的最大特点是便携性,主要用来解决用户“最后最后100米米”的通信需求,定位于热点地的通信需求,定位于热点地区的高速游牧数据接入,不支持高速移动性。区的高速游牧数据接入,不支持高速移动性。(IEEE 802.11)30 (3)无线城域网()无线
21、城域网(WMAN)覆盖范围)覆盖范围为几公里数量级(为几公里数量级(3km5km是典型值,点是典型值,点对点链路的覆盖可以高达几十公里),是为对点链路的覆盖可以高达几十公里),是为解决宽带接入解决宽带接入“最后一公最后一公 里里”问题而专门问题而专门设计的,可以提供支持设计的,可以提供支持QoS能力和一定范围能力和一定范围移动性的共享接入能力。移动性的共享接入能力。MMDS、LMDS和和WiMAX等技术属于城域网范畴。等技术属于城域网范畴。(IEEE 802.16)31 (4)无线广域网()无线广域网(WWAN)。覆盖范围)。覆盖范围更广,最主要的是可以支持全球范围内的广更广,最主要的是可以支
22、持全球范围内的广泛的移动性,属于泛的移动性,属于B3G和和4G的范畴,的范畴,IEEE 802.20中的中的iBurst和和Flash OFDM等技术是等技术是该类技术的前身。该类技术的前身。(IEEE 802.20)从是否支持终端移动性上,宽带无线接从是否支持终端移动性上,宽带无线接入技术可以分为移动宽带无线接入技术和固入技术可以分为移动宽带无线接入技术和固定宽带无线接入技术。定宽带无线接入技术。321.3.1 移动宽带移动宽带无线接入技术无线接入技术 根据根据ITU-R的的M.1034-1建议,无线接入建议,无线接入可以分为静止、步行、典型车速和高速车速可以分为静止、步行、典型车速和高速车
23、速四类。移动宽带无线接入(四类。移动宽带无线接入(MBWA)就是能)就是能够在典型车速和高速车速状态下提供的宽带够在典型车速和高速车速状态下提供的宽带无线无线接入,即上述分类中的后两类的系统。接入,即上述分类中的后两类的系统。与此相反,固定和游牧无线接入要求用户终与此相反,固定和游牧无线接入要求用户终端使用的时候保持静止,也称为便携性系统。端使用的时候保持静止,也称为便携性系统。33 移动宽带无线接入技术在空中接口部分移动宽带无线接入技术在空中接口部分需要解决需要解决的关键技术的关键技术有:有:在高速数据传输方面主要有多天线、在高速数据传输方面主要有多天线、分集和波束成形技术、多用户检测和干分
24、集和波束成形技术、多用户检测和干扰抵消技术、自适应调制等;扰抵消技术、自适应调制等;在高频传输的可靠性方面主要有纠错在高频传输的可靠性方面主要有纠错编码(编码(Turbo编码或编码或LDPC编码等)、编码等)、自适应编码、重传机制;自适应编码、重传机制;34在非对称的多址接入和双工方面,由在非对称的多址接入和双工方面,由于其存在非对称性问题,可以考虑的双于其存在非对称性问题,可以考虑的双工方式主要有频分双工和时分双工两种工方式主要有频分双工和时分双工两种模式;模式;在业务量和在业务量和QoS的的MAC层设计方面层设计方面主要有业务量设计与主要有业务量设计与QoS保障的结合。保障的结合。35 网
25、络协议方面需要考虑和解决的问题有网络协议方面需要考虑和解决的问题有水平水平/垂直切换、快速垂直切换、快速IP切换、服务质量和安切换、服务质量和安全性等。全性等。由于移动宽带接入的技术特点,它需要由于移动宽带接入的技术特点,它需要在以下方面做出技术上的折衷考虑:移动性在以下方面做出技术上的折衷考虑:移动性对宽带、调制方式对多址接入方式、业务量对宽带、调制方式对多址接入方式、业务量对复杂性、公平性对服务质量等。对复杂性、公平性对服务质量等。36移动宽带无线接入技术移动宽带无线接入技术以以IEEE 802.162005和和IEEE 802.20标准为代表。标准为代表。其覆盖范围在几公里以内,有移动通
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