1 接入网技术接入网技术第 9章 无线城域接入技术
2 接入网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
3 接入网技术教学内容
9.1 引言
9.2 固定无线接入网概述
9.3 早期技术 LMDS
9.4 802.16 标准概要
9.5 802.16 MAC层
9.6 802.16 物理层
4 接入网技术
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
5 接入网技术
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
6 接入网技术
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
7 接入网技术
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(Local Multipoint Distribution Service）
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（ Multichannel Multipoint Distribution
Service）
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）
8 接入网技术
9.3 早期技术 LMDS
LMDS系统概要
LMDS系统结构
LMDS技术特点
LMDS系统的局限
9 接入网技术
LMDS系统概要
LMDS,Local Multipoint Distribution Service
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
10 接入网技术
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
PSTN
Internet用户站基站传输骨干网
11 接入网技术系统结构－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：
150,22.50,300,450,600,900
12 接入网技术
LMDS系统结构－基站覆盖
（ a）单扇区基站 （ b）多扇区基站
13 接入网技术
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
HUB P BX
用户端设备中心站空中接口
PSTN
ATM
IP
E1
POST
10Base-T
ATM用户站接入示意图
14 接入网技术
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
15 接入网技术中国的 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,3.5MHz
FDD双工间隔,1.250GHz
16 接入网技术
LMDS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
17 接入网技术
9.4 802.16 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
18 接入网技术
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）
19 接入网技术
9.4.2 标准及演进
802.16-2001和 802.16c-2002
802.16-2001,10GHz～ 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-2003
2GHz～ 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
20 接入网技术
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（制定中）
旨在使用户能在 802.16基站之间自由切换
WiMAX
WiMAX（ World Interoperability for Microwave
Access，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
21 接入网技术
9.4.3 系统结构
两种结构
点到多点,PMP
网格状,mesh
22 接入网技术
PMP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
23 接入网技术
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
24 接入网技术
mesh 结构
mesh 无线网络
多跳无线网络结构
网络节点功能
路由
存储与转发
25 接入网技术
802.16 mesh 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
26 接入网技术
9.4.4 业务
主动授权业务 UGS
UGS,Unsolicited Grant Service
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 rtPS
rtPS,Real-time Polling Service
可变速率实时业务
如,MPEG视频业务
非实时轮询业务 nrtPS
nrtPS,Non real-time Polling Service
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 BE
BE,Best Effort
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。
27 接入网技术
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（ MAC Command Part Sublayer）
加密子层 PS（ Privacy Sublayer ）
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
MAC
CS SAP
MAC SAP
PHY SAP
28 接入网技术
9.5 802.16 MAC层
9.5.1 MAC概述
9.5.2 MAC主要特点
9.5.3 MAC层要点
9.5.3.1 CS要点
9.5.3.2 MAC CPS要点
9.5.3.3 PS要点
29 接入网技术
9.5.1 MAC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,MAC CPS,PS
30 接入网技术
9.5.2 MAC 主要特点
提供面向连接的服务
802.16 MAC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 MAC PDU
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
31 接入网技术
9.5.3 MAC 层要点
9.5.3.1 CS要点
功能
ATM CS
Packet CS
9.5.3.2 MAC CPS要点
功能
带宽请求与分配
接入初始化
9.5.3.3 PS要点
32 接入网技术
9.5.3.1 CS要点
功能
通过 CS SAP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 CS
ATM CS
Packet CS
33 接入网技术
9.5.3.1 CS要点 —— ATM CS
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 MAC CPS根据 CID建立连接
34 接入网技术
9.5.3.1 CS要点 —— Packet CS
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 MAC CPS根据 CID建立连接
35 接入网技术
9.5.3.1 CS要点 —— Packet CS
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,MAC
CPS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
36 接入网技术
9.5.3.2 MAC CPS要点
MAC CPS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
37 接入网技术
9.5.3.2 MAC CPS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
38 接入网技术
9.5.3.2 MAC CPS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额
39 接入网技术
9.5.3.2 MAC CPS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）。
40 接入网技术
9.5.3.3 PS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 MAC PDU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
41 接入网技术
9.6 802.16 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
42 接入网技术
9.6.1 物理层概述类别 频段 特点
WirelessMAN-SC 10-66GHz
许可频段单载波调制，视距传输,FDD和 TDD双工，
上行,TDMA+DAMA
WirelessMAN-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
STC
WirelessHUMAN <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
43 接入网技术
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
然后进行调制
QPSK或 16QAM或 64QAM（可选）
OFDM（ DFDM和 OFDMA物理层）
44 接入网技术
9.6.2 物理层技术要点
2-11GHz技术特色
OFDM和 OFDMA技术
AAS（ adaptive antenna system，天线自适应系统）（略）
STC（ space time coding，空时编码）（略）
……
45 接入网技术
2-11GHz技术特色 —— OFDM
OFDM：正交频分复用
一种高效的多载波调制技术
基本思想
将频带划分成多个子载波，每个子载波单独调制
特别之处
相邻子载波正交，因此不同子载波可使用相同的频率
不仅抗干扰能力强，还大大提高频谱的利用率
802.16中使用 OFDM技术
每个子载波可根据情况采用不同的调制方式
BPSK,QPSK,16QAM或 64QAM
一个 OFDM符号采用多少子载波，哪个子载波采用何种调制方式由 BS向 SS广播
46 接入网技术
2-11GHz技术特色 —— OFDMA
OFDMA：正交频分多址
采用 OFDM调制技术
基本思想
OFDM子载波按某种规则划分子集
也称子信道（ subchannel）
每个子集由多个子载波组成
802.16中使用 OFDMA
下行采用 OFDMA
BS可以有意识地指定不同的子信道用于不同组的 SS
上行采用 OFDMA
BS可以给一个 SS指派一个或多个子信道
给多个 SS指派同一个子信道，彼此再采用 TDMA共享该子信道。
47 接入网技术
9.7 802.16 的应用可能的应用形式
智能大厦固定用户的无线宽带接入
大厦固定用户通过以太网互连共享用户站
密集小区楼栋用户的无线宽带接入
楼栋用户通过以太网互连共享用户站
游牧用户的无线宽带接入
便携机在一个 BS覆盖范围的慢移动接入
2 接入网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
3 接入网技术教学内容
9.1 引言
9.2 固定无线接入网概述
9.3 早期技术 LMDS
9.4 802.16 标准概要
9.5 802.16 MAC层
9.6 802.16 物理层
4 接入网技术
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
5 接入网技术
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
6 接入网技术
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
7 接入网技术
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(Local Multipoint Distribution Service）
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（ Multichannel Multipoint Distribution
Service）
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）
8 接入网技术
9.3 早期技术 LMDS
LMDS系统概要
LMDS系统结构
LMDS技术特点
LMDS系统的局限
9 接入网技术
LMDS系统概要
LMDS,Local Multipoint Distribution Service
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
10 接入网技术
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
PSTN
Internet用户站基站传输骨干网
11 接入网技术系统结构－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：
150,22.50,300,450,600,900
12 接入网技术
LMDS系统结构－基站覆盖
（ a）单扇区基站 （ b）多扇区基站
13 接入网技术
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
HUB P BX
用户端设备中心站空中接口
PSTN
ATM
IP
E1
POST
10Base-T
ATM用户站接入示意图
14 接入网技术
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
15 接入网技术中国的 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,3.5MHz
FDD双工间隔,1.250GHz
16 接入网技术
LMDS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
17 接入网技术
9.4 802.16 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
18 接入网技术
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）
19 接入网技术
9.4.2 标准及演进
802.16-2001和 802.16c-2002
802.16-2001,10GHz～ 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-2003
2GHz～ 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
20 接入网技术
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（制定中）
旨在使用户能在 802.16基站之间自由切换
WiMAX
WiMAX（ World Interoperability for Microwave
Access，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
21 接入网技术
9.4.3 系统结构
两种结构
点到多点,PMP
网格状,mesh
22 接入网技术
PMP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
23 接入网技术
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
24 接入网技术
mesh 结构
mesh 无线网络
多跳无线网络结构
网络节点功能
路由
存储与转发
25 接入网技术
802.16 mesh 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
26 接入网技术
9.4.4 业务
主动授权业务 UGS
UGS,Unsolicited Grant Service
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 rtPS
rtPS,Real-time Polling Service
可变速率实时业务
如,MPEG视频业务
非实时轮询业务 nrtPS
nrtPS,Non real-time Polling Service
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 BE
BE,Best Effort
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。
27 接入网技术
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（ MAC Command Part Sublayer）
加密子层 PS（ Privacy Sublayer ）
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
MAC
CS SAP
MAC SAP
PHY SAP
28 接入网技术
9.5 802.16 MAC层
9.5.1 MAC概述
9.5.2 MAC主要特点
9.5.3 MAC层要点
9.5.3.1 CS要点
9.5.3.2 MAC CPS要点
9.5.3.3 PS要点
29 接入网技术
9.5.1 MAC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,MAC CPS,PS
30 接入网技术
9.5.2 MAC 主要特点
提供面向连接的服务
802.16 MAC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 MAC PDU
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
31 接入网技术
9.5.3 MAC 层要点
9.5.3.1 CS要点
功能
ATM CS
Packet CS
9.5.3.2 MAC CPS要点
功能
带宽请求与分配
接入初始化
9.5.3.3 PS要点
32 接入网技术
9.5.3.1 CS要点
功能
通过 CS SAP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 CS
ATM CS
Packet CS
33 接入网技术
9.5.3.1 CS要点 —— ATM CS
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 MAC CPS根据 CID建立连接
34 接入网技术
9.5.3.1 CS要点 —— Packet CS
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 MAC CPS根据 CID建立连接
35 接入网技术
9.5.3.1 CS要点 —— Packet CS
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,MAC
CPS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
36 接入网技术
9.5.3.2 MAC CPS要点
MAC CPS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
37 接入网技术
9.5.3.2 MAC CPS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
38 接入网技术
9.5.3.2 MAC CPS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额
39 接入网技术
9.5.3.2 MAC CPS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）。
40 接入网技术
9.5.3.3 PS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 MAC PDU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
41 接入网技术
9.6 802.16 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
42 接入网技术
9.6.1 物理层概述类别 频段 特点
WirelessMAN-SC 10-66GHz
许可频段单载波调制，视距传输,FDD和 TDD双工，
上行,TDMA+DAMA
WirelessMAN-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
STC
WirelessHUMAN <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
43 接入网技术
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
然后进行调制
QPSK或 16QAM或 64QAM（可选）
OFDM（ DFDM和 OFDMA物理层）
44 接入网技术
9.6.2 物理层技术要点
2-11GHz技术特色
OFDM和 OFDMA技术
AAS（ adaptive antenna system，天线自适应系统）（略）
STC（ space time coding，空时编码）（略）
……
45 接入网技术
2-11GHz技术特色 —— OFDM
OFDM：正交频分复用
一种高效的多载波调制技术
基本思想
将频带划分成多个子载波，每个子载波单独调制
特别之处
相邻子载波正交，因此不同子载波可使用相同的频率
不仅抗干扰能力强，还大大提高频谱的利用率
802.16中使用 OFDM技术
每个子载波可根据情况采用不同的调制方式
BPSK,QPSK,16QAM或 64QAM
一个 OFDM符号采用多少子载波，哪个子载波采用何种调制方式由 BS向 SS广播
46 接入网技术
2-11GHz技术特色 —— OFDMA
OFDMA：正交频分多址
采用 OFDM调制技术
基本思想
OFDM子载波按某种规则划分子集
也称子信道（ subchannel）
每个子集由多个子载波组成
802.16中使用 OFDMA
下行采用 OFDMA
BS可以有意识地指定不同的子信道用于不同组的 SS
上行采用 OFDMA
BS可以给一个 SS指派一个或多个子信道
给多个 SS指派同一个子信道，彼此再采用 TDMA共享该子信道。
47 接入网技术
9.7 802.16 的应用可能的应用形式
智能大厦固定用户的无线宽带接入
大厦固定用户通过以太网互连共享用户站
密集小区楼栋用户的无线宽带接入
楼栋用户通过以太网互连共享用户站
游牧用户的无线宽带接入
便携机在一个 BS覆盖范围的慢移动接入
