8.4基于HFC的寬帶接入技術(shù)8.4.1HFC技術(shù)概述一、HFC技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代的有線電視（CATV）最初以向廣大用戶提供廉價(jià)的、高質(zhì)量的視頻廣播為目的，自80年代中后期以來得到較快的發(fā)展。在許多國家，有線電視網(wǎng)覆蓋率已與公用電話網(wǎng)不相上下，甚至超過了公用電話網(wǎng)。由于有線電視網(wǎng)用戶數(shù)量巨大，并且同軸電纜可提供較寬的工作頻帶和良好的信號(hào)傳輸質(zhì)量，因此基于現(xiàn)有有線電視網(wǎng)設(shè)施的光纖/同軸電纜系統(tǒng)混合（HybridFiber/CoaxialCableSystem，HFC）接入網(wǎng)技術(shù)越來越引起人們的重視。HFC是一種以模擬頻分復(fù)用技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用模擬和數(shù)字傳輸技術(shù)、光纖和同軸電纜技術(shù)以及射頻技術(shù)的高度分布式智能寬帶用戶接入網(wǎng)絡(luò)，是CATV和電信網(wǎng)結(jié)合的產(chǎn)物。HFC可以通過對(duì)現(xiàn)有有線電視網(wǎng)進(jìn)行雙向化升級(jí)改造而實(shí)施，光纖用作骨干傳輸，同軸電纜用作信號(hào)分配，在提供節(jié)目豐富質(zhì)量良好的電視節(jié)目同時(shí)，還可提供電話、Internet接入、高速數(shù)據(jù)傳輸和多媒體等業(yè)務(wù)。隨著我國“三網(wǎng)合一”工程的推進(jìn)和實(shí)施，HFC將會(huì)在我國寬帶接入市場中扮演重要角色。

二、HFC的主要特點(diǎn)1）HFC的主要優(yōu)點(diǎn)（1）傳輸頻帶較寬。HFC具有雙絞銅線對(duì)無法比擬的傳輸帶寬，可達(dá)到1GHz。（2）與現(xiàn)有設(shè)備兼容。視頻信號(hào)可以直接進(jìn)入用戶的電視機(jī)，不影響原有系統(tǒng)使用。（3）支持寬帶業(yè)務(wù)。HFC網(wǎng)支持現(xiàn)有的和待發(fā)展的寬帶及窄帶業(yè)務(wù)。（4）全業(yè)務(wù)能力。能夠提供各種類型的模擬和數(shù)字通信業(yè)務(wù)，包括：數(shù)據(jù)、話音、視頻、多媒體業(yè)務(wù)等等。2）HFC的主要缺點(diǎn)（1）原有有線電視網(wǎng)（CATV）需要雙向改造。有線電視網(wǎng)都是單向廣播式向用戶傳送電視，不滿足網(wǎng)絡(luò)信息雙向傳輸?shù)囊蟆＃?）模擬信道傳輸，頻帶利用率不高。HFC將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬方式傳輸，由于噪聲和干擾的影響，傳輸質(zhì)量受到影響，因此頻帶利用率不高。（3）HFC接入方式以模擬頻分復(fù)用方式傳輸信息，一個(gè)ONU可以為500-2000個(gè)用戶服務(wù)，一旦發(fā)生故障，影響面很大。三、HFC頻譜分配方案HFC網(wǎng)絡(luò)采用副載波頻分復(fù)用方式，將各種圖像、數(shù)據(jù)和語音信號(hào)通過調(diào)制解調(diào)器同時(shí)在同軸電纜上傳輸，因此合理地安排頻譜十分重要，頻譜分配既要考慮歷史和現(xiàn)在，又要考慮未來的發(fā)展。我國HFC的頻帶劃分如圖8-43所示。圖8-43我國HFC的頻帶劃分方案低端的5MHz～42MHz頻段安排為上行信道，即回傳信道，其中5～8MHz用來傳狀態(tài)監(jiān)視信息，8～12MHz用來傳VOD（視頻點(diǎn)播）信令，15～40MHz用來傳電話信號(hào)。50MHz～750MHz頻段為下行信道，其中50～550MHz用于傳輸現(xiàn)有的模擬有線電視信號(hào)，每個(gè)通路的頻帶寬度為6～8MHz，因而總共可以傳60～80路電視信號(hào)。550～750MHz主要傳送附加的模擬有線電視信號(hào)或數(shù)字有線電視信號(hào)，不過目前傾向于傳輸雙向交互型通信業(yè)務(wù)，特別是VOD業(yè)務(wù)。如果采用64QAM的調(diào)制方式和MPEG-2圖像信號(hào)，那么大致可以傳輸約200路VOD信號(hào)。高端的750～1000MHz僅用于各種雙向通信業(yè)務(wù)，如個(gè)人通信業(yè)務(wù)。8.4.2HFC網(wǎng)絡(luò)框架結(jié)構(gòu)HFC的網(wǎng)絡(luò)框架由饋線網(wǎng)、配線網(wǎng)和用戶引入線三部分構(gòu)成，如圖8-44所示。圖8-44典型的HFC網(wǎng)絡(luò)框架結(jié)構(gòu)1）饋線網(wǎng)：指前端到服務(wù)區(qū)的光節(jié)點(diǎn)部分，大致對(duì)應(yīng)于CATV的干線段。2）配線網(wǎng)：指服務(wù)區(qū)的光節(jié)點(diǎn)到分支器之間的部分，在通常情況下為樹型或總線結(jié)構(gòu)。3）用戶引入線：指分支器到各用戶之間的部分，分支器是配線網(wǎng)與用戶引入線的分界點(diǎn)。8.4.3HFC接入系統(tǒng)結(jié)構(gòu)HFC網(wǎng)絡(luò)寬帶接入通過電纜調(diào)制解調(diào)器（CableModem）來實(shí)現(xiàn)，主要由位于HFC網(wǎng)絡(luò)前端的電纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)（CableModemTerminationSystem，CMTS）和位于HFC網(wǎng)絡(luò)用戶端的電纜調(diào)制解調(diào)器（CableModem，CM）數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備組成，HFC數(shù)據(jù)接入系統(tǒng)如圖8-45所示。圖8-45HFC的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)前端設(shè)備CMTS一般位于網(wǎng)絡(luò)中心，與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接的同時(shí)，還負(fù)責(zé)連接、管理和配置HFC中所有用戶端CM。CMTS采用10BASE-T、100BASE-T等接口通過交換型HUB與外界設(shè)備相連，通過路由器與Internet連接，或者可以直接連接到本地服務(wù)器，享受本地業(yè)務(wù)。用戶端設(shè)備CM是HFC用戶數(shù)據(jù)收發(fā)裝置，主要功能是通過QAM調(diào)制解調(diào)方式，與前端CMTS設(shè)備建立數(shù)據(jù)收發(fā)通道。CM有外置式和內(nèi)置式兩種類型，一般放在用戶的家中。CableModem是實(shí)現(xiàn)HFC高速數(shù)據(jù)接入的關(guān)鍵，可接收10~42Mb/s的下行數(shù)據(jù)，上行速率最高為10Mb/s。由于傳輸速率高，利用已有有線電視網(wǎng)，不占用電話線路，不影響電視廣播，覆蓋面積廣、費(fèi)用低廉，因此已成為一種極具競爭力的寬帶接入技術(shù)。8.4.4電纜調(diào)制解調(diào)器及關(guān)鍵技術(shù)(*)作為HFC數(shù)據(jù)接入系統(tǒng)中的重要部件CableModem成為HFC接入實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，用戶端CM通過HFC網(wǎng)絡(luò)與頭端CMTS進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)收發(fā)，把上行數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成類似電視信號(hào)的模擬射頻信號(hào)傳送；把下行信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行接收。目前有兩個(gè)互不兼容的CableModem技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)是IEEE頒布的基于ATM技術(shù)的IEEE802.14標(biāo)準(zhǔn)，另一個(gè)是MCNS/SCTE制定的基于IP技術(shù)的DOCSIC（DataOverCableServiceInterfaceSpecification）標(biāo)準(zhǔn)。一、結(jié)構(gòu)與原理用戶端CM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8-46所示。CM結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)Modem復(fù)雜，主要由雙工濾波器、調(diào)制解調(diào)器、去交織/FEC模塊、FEC/交織模塊、數(shù)據(jù)成幀電路、MAC處理器、數(shù)據(jù)編碼電路、網(wǎng)卡、CPU和存儲(chǔ)器等部件組成。同時(shí)，在CM結(jié)構(gòu)中還有一些擴(kuò)展口，用于插入一些新的功能模塊以支持多種應(yīng)用。圖8-46用戶端CableModem的內(nèi)部結(jié)構(gòu)二、設(shè)備配置用戶端CM設(shè)備有用于配置的Consol接口，可通過VT終端或Win9x的超級(jí)終端程序進(jìn)行設(shè)置。加電工作后，首先自動(dòng)搜索前端的下行頻率，找到下行頻率后，從下行數(shù)據(jù)中確定上行通道，與前端設(shè)備CMTS建立連接，并交換信息，包括：上行電平數(shù)值、動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議（DHCP）和小文件傳送協(xié)議（TFTP）服務(wù)器的IP地址等。CM有在線功能，即使用戶不使用，只要不切斷電源，則與前端始終保持信息交換，用戶可隨時(shí)上線。CM具有記憶功能，斷電后再次上電時(shí)，使用斷電前存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)與前端進(jìn)行信息交換，可快速地完成搜索過程。前端CMTS是管理控制CM的設(shè)備，可通過Consol接口或以太網(wǎng)接口完成配置，需使用廠家提供的專用軟件。CMTS配置主要包括下行頻率、下行調(diào)制方式、下行電平等，以及設(shè)置DHCP、TFTP服務(wù)器IP地址和CMTSIP地址等。正常情況下，設(shè)置完成，設(shè)備上電工作后，會(huì)啟動(dòng)DHCP和TFTP服務(wù)器，從而在前端CMTS和用戶CM間建立正常的通信通道。CMTS設(shè)備中的上行通道接口和下行通道接口是分開的，使用時(shí)需經(jīng)過高低通濾波器混合為一路信號(hào)，再送入同軸電纜。三、反向通道噪聲及抑制技術(shù)在HFC網(wǎng)絡(luò)中，上行數(shù)據(jù)鏈路采用5～42MHz的頻段，引入的各種噪聲和干擾比較嚴(yán)重。同時(shí)，由于HFC樹型結(jié)構(gòu)的分配網(wǎng)，使用戶端的噪聲會(huì)在系統(tǒng)前端匯集和疊加，進(jìn)一步惡化了反向信道的傳輸環(huán)境。抑制反向噪聲是HFC必須解決的一個(gè)技術(shù)問題，現(xiàn)有的方法分為網(wǎng)絡(luò)側(cè)措施和用戶側(cè)措施。首先，網(wǎng)絡(luò)側(cè)措施是在HFC區(qū)域內(nèi)，對(duì)于僅需要單向服務(wù)（廣播）的用戶端安裝一個(gè)全阻濾波器禁止反向傳送（亦阻止噪聲的反向傳送）；對(duì)于需要雙向服務(wù)的用戶端安裝一個(gè)低通濾波器，阻塞噪聲高頻分量，削弱反向通道噪聲。其次，用戶側(cè)措施主要是采用抗干擾能力強(qiáng)的調(diào)制方案。通常選擇QPSK或S-CDMA作為上行鏈路調(diào)制方案。但是QPSK調(diào)制方案會(huì)限制上行傳輸速率，一般速率最大為1.5Mb/s。S-CDMA技術(shù)較為復(fù)雜，但可獲得較好的性能，得到業(yè)界的廣泛關(guān)注。8.4.4典型設(shè)備介紹一、

CM產(chǎn)品D-LINK公司產(chǎn)品DCM-201

Cable

Modem完全符合MCNS

DOCSIS

1.1標(biāo)準(zhǔn)，能夠自動(dòng)搜索數(shù)據(jù)收、發(fā)信道并建立可靠的連接，可以同時(shí)為15個(gè)用戶提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。DCM-201

Cable

Modem提供數(shù)倍于其它連接方式的Internet接入速率：在使用64QAM調(diào)制技術(shù)時(shí)，其下行數(shù)據(jù)突發(fā)傳輸速率可以達(dá)到30.342Mbps；使用256QAM調(diào)制技術(shù)時(shí)，其下行數(shù)據(jù)突發(fā)傳輸速率可以達(dá)到42.88Mbps。其上行數(shù)據(jù)一般采用QPSK或16QAM調(diào)制技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸速率一般為500Kbps~10.2Mbps。DCM-201

Cable

Modem支持簡單網(wǎng)絡(luò)管理（MCNS

SNMP）和靜態(tài)（Static）、動(dòng)態(tài)地址分配（DHCP）技術(shù)，從而為用戶提供了靈活的系統(tǒng)管理和IP地址分配策略；在數(shù)據(jù)安全方面，DCM-201支持RSA和MCNS

40/56

bit

DES數(shù)據(jù)加密/解密技術(shù)，并使用前向糾錯(cuò)技術(shù)（FEC）以保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。此外，為了方便與用戶PC的連接，DCM-201提供了USB和10/100Base-T

RJ-45兩種硬件接口（只能任選其中一種接口方式）。除了為單個(gè)PC用戶提供Internet訪問或遠(yuǎn)程接入功能外，

DCM-201

Cable

Modem還可以通過路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為局域網(wǎng)用戶提供基于高速Cable線路的Internet接入服務(wù)，也可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)之間的互連，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)用戶及其分支機(jī)構(gòu)之間開展電視會(huì)議等綜合數(shù)據(jù)應(yīng)用。二、

CMTS產(chǎn)品MA5800系列產(chǎn)品是華為公司為HFC接入推出的CMTS設(shè)備，主要完成兩個(gè)功能：寬帶接入和為NGN業(yè)務(wù)提供HFC側(cè)的服務(wù)質(zhì)量保證；具有兩種規(guī)格：大容量框式設(shè)備MA5800和小容量臺(tái)式設(shè)備MA5801。1）MA5800主要規(guī)格（1）整機(jī)支持能力：14槽位可提供2個(gè)管理模塊插槽互為熱備份；12個(gè)業(yè)務(wù)模塊插槽支持上行WAN模塊和HFC接口模塊混插。（2）上行IP接口模塊：8個(gè)10/100BaseT端口；1個(gè)GigabitEthernet端口；1個(gè)POS155M/622M端口。（3）HFC業(yè)務(wù)模塊：1×4EuroDOCSISv1.1、2×8DOCSIS/EuroDOCSISv1.1/2.0、1×6DOCSISv1.1、2×12DOCSIS/EuroDOCSISv1.1/2.0、1×6EuroDOCSISv1.1、PacketCablev1.02）主要特性（1）安全性更高的認(rèn)證功能和更豐富的計(jì)費(fèi)能力：（2）認(rèn)證方式：支持基于MAC的認(rèn)證方式；支持PPPoE認(rèn)證和VLAN+WEB認(rèn)證。目前MA5800是業(yè)界唯一能支持PPPoE認(rèn)證和VLAN+WEB認(rèn)證的CMTS設(shè)備。（3）計(jì)費(fèi)方式：支持包月和按時(shí)長、流量的計(jì)費(fèi)，提供靈活的運(yùn)營手段，提升競爭力。為語音、視頻等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)提供端到端的QoS保證；支持DOCSIS1.1，并可軟件升級(jí)到DOCSIS2.0；支持基于用戶和業(yè)務(wù)的流分類功能；支持DiffServ，并提供DOCSIS1.1業(yè)務(wù)流和DiffServ優(yōu)先級(jí)間的映射。（4）網(wǎng)絡(luò)安全：目前唯一支持VLAN和VLAN透傳功能的CMTS設(shè)備，可有效防止網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴；提供PPPoE和VLAN+WEB等安全性更好的認(rèn)證能力。（5）電信級(jí)可靠性設(shè)計(jì)：電源、總線、主控板、IP轉(zhuǎn)發(fā)板支持1+1的雙備份；業(yè)務(wù)板支持N+1冗余備份。（6）頻譜管理功能：提供智能上行頻譜管理功能，實(shí)時(shí)監(jiān)測上行通道噪聲情況，掃描可用信道，并自動(dòng)調(diào)整上行通道參數(shù)，避免HFC網(wǎng)絡(luò)上行通道噪聲造成的對(duì)業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的影響。8.4.5應(yīng)用實(shí)例：智能大廈應(yīng)用某賓館要進(jìn)行智能化改造，建設(shè)寬帶網(wǎng)絡(luò)。原來只有CATV網(wǎng)絡(luò)，希望在不改變現(xiàn)有布線結(jié)構(gòu)的情況下，實(shí)現(xiàn)各樓層用戶的寬帶上網(wǎng)，建設(shè)智能大廈。綜合各方面考慮，可以采用HFC接入方案。賓館的智能化改造方案如圖8-47所示。圖8-47賓館智能改造方案首先，在原來CATV網(wǎng)絡(luò)中有放大器的地方增加一臺(tái)旁路上行放大器，完成對(duì)原有CATV的雙向改造。然后，部署HFC接入設(shè)備。前端設(shè)備采用華為公司CMTS產(chǎn)品MA5801，放置在賓館原CATV機(jī)房內(nèi)，通過路由器連接到Internet，同時(shí)通過RF混合器與原CATV信號(hào)混合送到CATV分配網(wǎng)。用戶端CM采用D-LINK公司產(chǎn)品DCM-201，只需要一端連接到PC，另一端連接到CATV接線盒，既可實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)，同時(shí)不影響原有的CATV服務(wù)。開通附加業(yè)務(wù)以后，也可以用廉價(jià)的數(shù)字機(jī)頂盒（STB）來實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)瀏覽和VOD點(diǎn)播等業(yè)務(wù)。8.5寬帶無線接入技術(shù)8.5.1寬帶無線接入概述一、寬帶無線接入的基本概念相對(duì)于窄帶無線接入，寬帶無線接入是指接入網(wǎng)的某一部分或全部使用無線傳輸媒質(zhì)，并能向用戶提供固定或移動(dòng)寬帶接入服務(wù)。特別適合于地廣人稀、用戶分散地農(nóng)村山區(qū)，鋪設(shè)電纜不便甚至無法鋪設(shè)的城鄉(xiāng)地區(qū)，是當(dāng)前發(fā)展最快的寬帶接入技術(shù)之一。寬帶無線接入結(jié)構(gòu)如圖8-48所示，寬帶無線接入網(wǎng)主要由基站(BaseStation，BS)和基站控制器(BaseStationController，BSC)等組成，實(shí)現(xiàn)無線與有線系統(tǒng)的寬帶轉(zhuǎn)接。圖8-48寬帶無線接入結(jié)構(gòu)寬帶無線接入網(wǎng)的出現(xiàn)解決了有線接入網(wǎng)的很多局限性，與有線接入相比，具有以下特點(diǎn)：1）建網(wǎng)投資費(fèi)用低，可分期投資，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)靈活，安裝方便；2）擴(kuò)容可以因需求而定，方便快捷，防止過量配置設(shè)備而造成浪費(fèi)；3）運(yùn)營成本低，無需維護(hù)值守，因此大大降低了運(yùn)營費(fèi)用；4）系統(tǒng)可靠性好，抗災(zāi)能力強(qiáng)，易于恢復(fù)。二、寬帶無線接入的主要特點(diǎn)1）按照覆蓋區(qū)域分類（1）無線個(gè)域網(wǎng)（WirelessPersonalAreaNetwork，WPAN）覆蓋范圍從幾米到幾十米，為不同設(shè)備間提供雙向極短程通信的微微蜂窩網(wǎng)。例如：藍(lán)牙（Bluetooth）和Zigbee技術(shù)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)。（2）無線局域網(wǎng)（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）覆蓋范圍從幾十米到幾百米，可為短距離范圍內(nèi)的用戶提供無線接入服務(wù)。例如：日常生活中常見的WiFi網(wǎng)絡(luò)。（3）無線城域網(wǎng)（WirelessMetropolitanAreaNetwork，WMAN）覆蓋范圍從幾百米到幾十千米，可以支持QoS能力和一定范圍移動(dòng)性的接入能力。微波多路分配系統(tǒng)（MicrowaveMultipointDistributionSystems，MMDS）、本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)（LocalMultipointDistributionService，LMDS）和WiMAX等技術(shù)都屬于城域網(wǎng)范疇。（4）無線廣域網(wǎng)覆蓋范圍更廣，可以支持全球范圍內(nèi)廣泛的移動(dòng)性和無線寬帶接入。例如：3G以及未來的4G都屬于無線廣域網(wǎng)。三、寬帶無線接入的分類2）按照移動(dòng)性分類（1）移動(dòng)寬帶無線接入移動(dòng)寬帶無線接入（MobileBroadbandWirelessAccess，MBWA）可以為用戶終端提供移動(dòng)中寬帶無線接入服務(wù)，目前典型的系統(tǒng)包括WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA為代表的第三代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，單用戶能提供3-7.2Mb/s的寬帶接入能力。近來以IEEE802.16e-2005和IEEE802.20標(biāo)準(zhǔn)為代表MBWA得到發(fā)展，其目標(biāo)是提供在120km/h（IEEE802.16e-2005）和250km/h（IEEE802.20）的高速移動(dòng)速率下，提供高帶寬接入服務(wù)，最大限度地滿足用戶未來數(shù)據(jù)傳送的需求。（2）固定寬帶無線接入固定寬帶無線接入（FBWA，F(xiàn)ixBroadbandWirelessAccess）僅能為用戶終端提供相對(duì)固定的寬帶無線接入服務(wù)，近幾年得到較快發(fā)展。早期以多路微波分配系統(tǒng)（MMDS）、本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)（LMDS）為代表，目前以IEEE802.16為標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無線接入系統(tǒng)WiMax已投入商用，可提供與有線接入質(zhì)量相當(dāng)?shù)母咚俾薀o線接入服務(wù)，并最終為用戶提供端到端的連接，未來將成為有線寬帶接入方式的有力競爭者。8.5.2WiFi以及寬帶無線局域網(wǎng)(*)Wi-Fi聯(lián)盟（Wi-FiAlliance）成立于1999年，是致力于無線環(huán)境下提供高質(zhì)量數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的民間組織。WiFi網(wǎng)絡(luò)是一種在2.4GHz和5.8GHz附近的工業(yè)科學(xué)和醫(yī)學(xué)頻段（Industrial,ScientificandMedical，ISM）上，采用802.11協(xié)議的短距無線技術(shù)構(gòu)建的辦公室和家庭無線局域網(wǎng)絡(luò)（WLAN），且無需辦理無線電許可。其目前常用的標(biāo)準(zhǔn)分別是IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g和IEEE802.11n，可支持的傳輸速率從5.5Mb/s、11Mb/s、54Mb/s直到320Mb/s，傳輸距離可達(dá)幾百米。由于WiFi技術(shù)成熟，設(shè)備成本低廉，兼容性好，因而得到快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。一、Wi-Fi的優(yōu)勢(shì)1）微蜂窩覆蓋，應(yīng)用靈活。Wi-Fi的電波覆蓋范圍，室外可達(dá)幾百米，室內(nèi)可達(dá)幾十米，既可用于園區(qū)，也可用于辦公室和樓內(nèi)覆蓋。2）高速傳輸，利于業(yè)務(wù)發(fā)展。最新的Wi-Fi傳輸速度可以達(dá)到320Mb/s，符合社會(huì)信息化的發(fā)展需求。3）無需頻率許可，無須布線，易于施工。不受無線電管制，不受布線條件的限制，部署快捷，具有廣闊市場前景。4）低輻射，綠色環(huán)保。IEEE802.11規(guī)定的發(fā)射功率不可超過100毫瓦，實(shí)際發(fā)射功率約60~70毫瓦，遠(yuǎn)低于手機(jī)約200毫瓦至1瓦的輻射，綠色安全。二、分層協(xié)議及標(biāo)準(zhǔn)1997年IEEE頒布的IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)成為無線局域網(wǎng)發(fā)展的里程碑。IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)定義了MAC層和物理層，隨后發(fā)展的物理層標(biāo)準(zhǔn)有IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g和IEEE802.11n。1）MAC層協(xié)議802.11MAC層有兩種通訊方式，一種叫分布式協(xié)同式（DCF），另一種叫點(diǎn)協(xié)同式（PCF）。（1）分布式協(xié)同方式分布式協(xié)同（DCF）基于具有沖突避免的載波偵聽多路存取方法(CSMA/CA)，無線設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)前，先探測一下線路的忙閑狀態(tài)，如果空閑，則立即發(fā)送數(shù)據(jù)，并同時(shí)檢測有無數(shù)據(jù)碰撞發(fā)生。這一方法能協(xié)調(diào)多個(gè)用戶對(duì)共享鏈路的訪問，避免出現(xiàn)因爭搶線路而誰也無法通信的情況。它對(duì)所有用戶都一視同仁，在共享通訊介質(zhì)時(shí)沒有任何優(yōu)先級(jí)的規(guī)定。（2）點(diǎn)協(xié)同方式點(diǎn)協(xié)同方式（PCF）是指無線接入點(diǎn)設(shè)備周期性地發(fā)出信號(hào)測試幀，通過該測試幀與各無線設(shè)備就網(wǎng)絡(luò)識(shí)別、網(wǎng)絡(luò)管理參數(shù)等進(jìn)行交互。測試幀之間的時(shí)間段被分成競爭時(shí)間段和無競爭時(shí)間段，無線設(shè)備可以在無競爭時(shí)間段發(fā)送數(shù)據(jù)。由于這種通訊方式無法預(yù)先估計(jì)傳輸時(shí)間，因此，與分布式協(xié)同相比，目前用得還比較少。2）物理層協(xié)議（1）IEEE802.11b1999年9月正式通過的IEEE802.11a和IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展。IEEE802.11b可以支持最高11Mb/s的數(shù)據(jù)速率，運(yùn)行在2.4GHz的ISM頻段上，采用的調(diào)制技術(shù)是CCK。但是CCK調(diào)制方式不合適在高速數(shù)據(jù)速率無線接收機(jī)中應(yīng)用。（2）IEEE802.11aIEEE802.11a工作在5.8GHz頻段上，使用OFDM調(diào)制技術(shù)可支持54Mb/s的傳輸速率。802.11a與802.11b兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都存在著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，802.11b的優(yōu)勢(shì)在于價(jià)格低廉,但速率較低（最高11Mb/s）；而802.11a優(yōu)勢(shì)在于傳輸速率快（最高54Mb/s）且受干擾少，但價(jià)格相對(duì)較高。另外，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工作在不同的頻段上,不能工作在同一AP的網(wǎng)絡(luò)，因此互不兼容。（3）IEEE802.11g為了解決上述兼容性問題，2003年7月802.11工作組批準(zhǔn)了802.11g標(biāo)準(zhǔn)。與802.11a/b協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)相比，在2.4G頻段使用OFDM調(diào)制技術(shù)，使數(shù)據(jù)傳輸速率提高到54Mb/s；IEEE802.11g標(biāo)準(zhǔn)能夠與802.11b的WiFi系統(tǒng)互相連通，共存在同一AP的網(wǎng)絡(luò)里，保障了后向兼容性。（4）IEEE802.11n2009年9月IEEE頒布了最新的高速無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)802.11n。IEEE802.11n采用MIMO-OFDM技術(shù)，將傳輸速率從802.11a和802.11g的54Mb/s增加至108Mb/s以上，最高速率可達(dá)320Mb/s。與以往802.11標(biāo)準(zhǔn)不同，802.11n協(xié)議為雙頻工作模式（包含2.4GHz和5.8GHz兩個(gè)工作頻段），可以保障與802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)的兼容。三、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)WLAN的設(shè)備主要包括：無線網(wǎng)卡、無線訪問接入點(diǎn)（AP，AccessPoint）、無線路由器、無線集線器和無線網(wǎng)橋等，所有的無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品中都自帶無線發(fā)射/接收功能。WLAN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要有兩種類型：無中心網(wǎng)絡(luò)和有中心網(wǎng)絡(luò)。（1）無中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無中心網(wǎng)絡(luò)(無AP網(wǎng)絡(luò))也稱對(duì)等網(wǎng)絡(luò)或Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)，覆蓋的服務(wù)區(qū)稱為獨(dú)立服務(wù)區(qū)（IndependentBasicServiceSet，IBSS）。對(duì)等網(wǎng)絡(luò)用于一臺(tái)無線工作站STA（Station）和另一臺(tái)或多臺(tái)其他無線工作站的直接通訊，該網(wǎng)絡(luò)無法接入有線網(wǎng)絡(luò)中，只能獨(dú)立使用，是最簡單的無線局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如圖8-49所示。圖8-49無中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)靈活，任何時(shí)間，只要兩個(gè)或更多的無線工作站互相都在彼此的范圍之內(nèi)，就可以建立一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，但是這些設(shè)備必須要有相同的工作組名、SSID（ServiceSetIdentifier）和密碼。2）有中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

有中心網(wǎng)絡(luò)也稱基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（Infrastructure）模式，由無線AP、無線工作站（STA）構(gòu)成，覆蓋的區(qū)域分為基本服務(wù)區(qū)（BasicServiceSet，BSS）和擴(kuò)展服務(wù)區(qū)（ExtendedServiceSet，ESS）。無線訪問點(diǎn)也稱無線AP（AccessPoint）或無線集線器（Hub），用于在無線STA和有線網(wǎng)絡(luò)之間接收、緩存和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，如圖4-50所示。無線AP通常能夠覆蓋幾十至幾百用戶，覆蓋半徑達(dá)上百米。圖4-50有中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本服務(wù)區(qū)（BSS）僅由一個(gè)無線訪問點(diǎn)以及與其關(guān)聯(lián)（Associate）的無線工作站構(gòu)成，在任何時(shí)候，任何無線工作站都與該無線訪問點(diǎn)關(guān)聯(lián)。換句話說，一個(gè)無線訪問點(diǎn)所覆蓋的微蜂窩區(qū)域就是基本服務(wù)區(qū)。無線工作站與無線訪問點(diǎn)關(guān)聯(lián)采用AP的BSSID，在802.11中，BSSID是AP的MAC地址。擴(kuò)展服務(wù)區(qū)（ESS）是指由多個(gè)AP以及連接它們的分布式系統(tǒng)組成的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)，所有AP必需共享同一個(gè)ESSID，也可以說擴(kuò)展服務(wù)區(qū)ESS中包含多個(gè)BSS如圖4-51所示。擴(kuò)展服務(wù)區(qū)只包含物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不包含網(wǎng)絡(luò)層及其以上各協(xié)議層。因此，對(duì)于高層協(xié)議（比如：IP協(xié)議）來說，一個(gè)ESS就是一個(gè)IP子網(wǎng)。四、接入與漫游WiFi網(wǎng)絡(luò)操作主要有兩個(gè)情況：其一，用戶接入，即工作站加入一個(gè)BSS；其二，用戶漫游，即工作站從一個(gè)BSS移動(dòng)到另一個(gè)BSS。1）接入一個(gè)工作站訪問現(xiàn)存的BSS需要幾個(gè)階段。首先，工作站（STA）上電工作，通過主動(dòng)和被動(dòng)掃頻來獲得來自AP接入點(diǎn)的同步信號(hào)，然后建立通信連接。主動(dòng)掃頻是指STA啟動(dòng)或關(guān)聯(lián)成功后掃描所有頻道，這時(shí)STA采用一組頻道作為掃描范圍，如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)頻道空閑，就廣播帶有ESSID的探測信號(hào)，AP根據(jù)該信號(hào)做響應(yīng)。被動(dòng)掃頻是指AP每100毫秒向外傳送燈塔信號(hào)，包括用于STA同步的時(shí)間戳，支持速率以及其它信息，STA接收到燈塔信號(hào)后啟動(dòng)關(guān)聯(lián)過程。為防止非法用戶接入，網(wǎng)絡(luò)必須鑒權(quán)，驗(yàn)證用戶的合法性。在站點(diǎn)定位了接入點(diǎn)，并取得了同步信息之后，就開始交換驗(yàn)證信息。驗(yàn)證業(yè)務(wù)提供了控制局域網(wǎng)接入的能力，這一過程被用來建立合法接入的身份標(biāo)志站點(diǎn)經(jīng)過驗(yàn)證后，關(guān)聯(lián)（Associate）就開始了。關(guān)聯(lián)用于建立無線訪問點(diǎn)和無線工作站之間的映射關(guān)系，實(shí)際上是把無線變成有線網(wǎng)的“連線”。分布式系統(tǒng)將該映射關(guān)系分發(fā)給擴(kuò)展服務(wù)區(qū)中的所有AP。一個(gè)無線工作站同時(shí)只能與一個(gè)AP關(guān)聯(lián)。在關(guān)聯(lián)過程中，無線工作站與AP之間要根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)弱協(xié)商連接速率。2）漫游IEEE802.11無線局域網(wǎng)的每個(gè)站點(diǎn)都與一個(gè)特定的接入點(diǎn)相關(guān)，如果站點(diǎn)從一個(gè)小區(qū)切換到另一個(gè)小區(qū)，這就是漫游（Roaming）。漫游指無線工作站在一組無線訪問點(diǎn)之間移動(dòng)，并提供對(duì)于用戶透明的無縫連接，包括基本漫游和擴(kuò)展漫游。基本漫游是指無線STA的移動(dòng)僅局限在一個(gè)擴(kuò)展服務(wù)區(qū)內(nèi)部。擴(kuò)展漫游指無線SAT從一個(gè)擴(kuò)展服務(wù)區(qū)中的一個(gè)BSS移動(dòng)到另一個(gè)擴(kuò)展服務(wù)區(qū)的一個(gè)BSS，但是802.11并不能保證這種漫游的上層連接繼續(xù)保持。漫游（Roaming）過程中，工作站從一個(gè)小區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)小區(qū)需要從新關(guān)聯(lián)。重關(guān)聯(lián)（Reassociate）是指當(dāng)無線工作站從一個(gè)擴(kuò)展服務(wù)區(qū)中的一個(gè)基本服務(wù)區(qū)移動(dòng)到另外一個(gè)基本服務(wù)區(qū)時(shí)，與新的AP關(guān)聯(lián)的整個(gè)過程。重關(guān)聯(lián)總是由移動(dòng)無線工作站發(fā)起。圖4-51ESS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)五、物理層關(guān)鍵技術(shù)IEEE802.11無線局域網(wǎng)絡(luò)是一種能支持較高數(shù)據(jù)傳輸速率，采用微蜂窩，微微蜂窩結(jié)構(gòu)的自主管理的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)，其關(guān)鍵技術(shù)主要在于調(diào)制技術(shù)。1）DSSS調(diào)制技術(shù)基于直接序列擴(kuò)頻（DirectSequenceSpreadSpectrum，DSSS）的調(diào)制方案有三種。最初IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)中，在1Mb/s數(shù)據(jù)速率下采用DBPSK調(diào)制，在2Mb/s的數(shù)據(jù)速率下采用DQPSK調(diào)制。802.11b標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制方案采用基于補(bǔ)碼鍵控（ComplementaryCodeKeying，CCK）的QPSK，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)11Mb/s。但是傳輸速率超過11Mb/s，CCK為了對(duì)抗多徑干擾，需要更復(fù)雜的均衡及調(diào)制，實(shí)現(xiàn)起來非常困難。2）PBCC調(diào)制技術(shù)包二進(jìn)制卷積（PacketBinaryConvolutionalCode，PBCC）調(diào)制技術(shù)由TI公司提出，已作為802.11g標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制方案。PBCC也是單載波調(diào)制，但與CCK不同，使用了更多復(fù)雜的信號(hào)星座圖。PBCC采用8PSK，而CCK使用BPSK/QPSK。另外PBCC使用了卷積碼，而CCK使用區(qū)塊碼。因此，它們的解調(diào)過程是十分不同的。PBCC可以完成更高速率的數(shù)據(jù)傳輸，其傳輸速率可達(dá)11、22和33Mb/s。3）OFDM技術(shù)802.11a和802.11g采用的正交頻分復(fù)用（OrthogonalFrequencyDivisionMustiplexing，OFDM）是一種無線環(huán)境下的高速多載波傳輸技術(shù)。無線信道的頻率響應(yīng)曲線大多是非平坦的，而OFDM技術(shù)的主要思想就是在頻域內(nèi)將給定信道分成許多正交子信道，在每個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制，并且各子載波并行傳輸，從而有效的抑制無線信道的時(shí)間彌散所帶來的符號(hào)間干擾（Inter-SymboleInterference，ISI）。這樣就減少了接收機(jī)內(nèi)均衡的復(fù)雜度，有時(shí)甚至可以不采用均衡器，僅通過插入循環(huán)前綴的方式消除ISI的不利影響。由于在OFDM系統(tǒng)中各個(gè)子信道的載波相互正交，于是它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減小了子載波間的相互干擾，同時(shí)又提高了頻譜利用率。在各個(gè)子信道中的這種正交調(diào)制和解調(diào)可以采用快速傅里葉反變換（InverseFastFouriertransform，IFFT）和快速傅里葉變換（FastFouriertransform，F(xiàn)FT）方法來實(shí)現(xiàn)，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)與DSP（DigitalSignalProcessing）技術(shù)的發(fā)展，IFFT和FFT都是非常容易實(shí)現(xiàn)的。FFT的引入，大大降低了OFDM的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性，提升了系統(tǒng)的性能。由于無線信道存在頻率選擇性，所有的子信道不會(huì)同時(shí)處于比較深的衰落情況中，因此可以通過動(dòng)態(tài)比特分配以及動(dòng)態(tài)子信道分配的方法，充分利用信噪比高的子信道，從而提升系統(tǒng)性能。由于窄帶干擾只能影響一小部分子載波，因此OFDM系統(tǒng)在某種程度上抵抗這種干擾。4）MIMO-OFDM技術(shù)多輸入多輸出（Multiple-InputMultiple-Out-put，MIMO）技術(shù)能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率。MIMO采用空時(shí)編碼和多天線技術(shù)為發(fā)送端和接收端之間建立了多個(gè)獨(dú)立信道，在室內(nèi)或室外多徑環(huán)境下，反而能有效提高信號(hào)的鏈路性能和容量。在MIMO-OFDM系統(tǒng)實(shí)際上就是應(yīng)用多天線技術(shù)OFDM系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)幾百兆的數(shù)據(jù)傳輸能力，并可與原有的OFDM系統(tǒng)兼容。IEEE802.11n采用MIMO與OFDM相結(jié)合，使傳輸速率成倍提高。另外，天線技術(shù)及傳輸技術(shù)，使得無線局域網(wǎng)的傳輸距離大大增加，可以達(dá)到幾公里。IEEE802.11n標(biāo)準(zhǔn)全面改進(jìn)了802.11標(biāo)準(zhǔn)，不僅涉及物理層標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也采用新的高性能無線傳輸技術(shù)提升MAC層的性能，優(yōu)化數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量性能。六、典型無線AP產(chǎn)品簡介D-Link公司無線路由器產(chǎn)品DI-624S采用最先進(jìn)的無線技術(shù),應(yīng)用了突發(fā)包、快速幀、壓縮、加密和Turbo模式等新的無線提升處理技術(shù),在完全由D-Link108M系列產(chǎn)品構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，達(dá)到108Mbps的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸速率。產(chǎn)品符合802.11g108M,54M無線標(biāo)準(zhǔn)，兼容802.11bTurbo模式，信息吞吐量高達(dá)一般802.11b產(chǎn)品的15倍；支持四個(gè)端口LAN10/100M和一個(gè)端口WAN10/100M；支持64/128位WEP及WPA最新無線安全標(biāo)準(zhǔn)；自適應(yīng)無線速率選擇為1/2/5.5/6/9/11/12/18/24/36/48/54Mbps；高達(dá)-89dBm（802.11g+）和-92dBm（802.11b+）接收靈敏度,傳輸距離室內(nèi)為100m左右，室外為400m左右；典型值輸出功率為18dBm；支持基于MAC地址、IP地址、URL和域名的內(nèi)容過濾；VPN支持：IPSec、PPTP,、L2TP通透(pass-through)；內(nèi)置SPI防火墻，有效保護(hù)你的網(wǎng)絡(luò)；抑制來自WAN端Ping的攻擊；支持DMZ主機(jī)及虛擬服務(wù)器功能；支持DDNS動(dòng)態(tài)域名解析,滿足個(gè)人及企業(yè)架設(shè)網(wǎng)站需求；內(nèi)置2個(gè)USB端口，可擴(kuò)充外接式USB硬盤及USB打印機(jī)，實(shí)現(xiàn)檔案服務(wù)器、FTP服務(wù)器、WEB服務(wù)器、AV服務(wù)器、DHCP服務(wù)器和打印機(jī)共享功能。七、WiFi的組網(wǎng)組建WiFi無線網(wǎng)絡(luò)的基本設(shè)備就是無線網(wǎng)卡以及無線接入點(diǎn)AP（AccessPoint）或無線路由器（WirelessRouter），如此便能以無線的模式，配合既有的有線架構(gòu)來分享網(wǎng)絡(luò)資源，架設(shè)費(fèi)用和復(fù)雜程序遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)。如果只是幾臺(tái)電腦的對(duì)等網(wǎng)，也可不要AP，只需要每臺(tái)電腦配備無線網(wǎng)卡。AP主要在媒體存取控制層MAC中扮演無線工作站及有線局域網(wǎng)絡(luò)的橋梁。有了AP，就像一般有線網(wǎng)絡(luò)的Hub一般，無線工作站可以快速且輕易地與網(wǎng)絡(luò)相連。特別是對(duì)于寬帶的使用，Wi-Fi更顯優(yōu)勢(shì)，有線寬帶網(wǎng)絡(luò)（ADSL、小區(qū)LAN等）到戶后，連接到一個(gè)AP，然后在電腦中安裝一塊無線網(wǎng)卡即可。普通的家庭有一個(gè)AP已經(jīng)足夠，甚至用戶的鄰里得到授權(quán)后，則無需增加端口，也能以共享的方式上網(wǎng)。典型的家庭無線網(wǎng)絡(luò)如圖8-52所示。圖8-52家庭無線網(wǎng)絡(luò)示意圖8.5.4WiMax以及寬帶無線城域網(wǎng)(*)WiMAX（WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess）即“全球微波接入互操作性”是于2001年4月由業(yè)界領(lǐng)先的通信設(shè)備及器件公司共同成立的致力于基于IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無線城域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展以及產(chǎn)品推廣應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。WiMAX可以替代現(xiàn)存有線連接方式，來提供“最后一公里”的無線寬帶接入，可將固定、移動(dòng)和便攜式等終端接入寬帶城域網(wǎng)內(nèi)，并能夠在非視距（NonLineOfSight，NLOS）條件下提供寬帶無線連接。為制訂無線城域網(wǎng)（WirelessMAN，WMAN）標(biāo)準(zhǔn)，1999年IEEE成立了IEEE802.16工作組，主要任務(wù)是開發(fā)工作于2-66GHz頻段的無線接入系統(tǒng)空中接口物理層(PHY)和媒質(zhì)接入控制層(MAC)規(guī)范，同時(shí)還有與空中接口協(xié)議相關(guān)的一致性測試以及不同無線接入系統(tǒng)之間的共存規(guī)范，并于2002年4月頒布第一個(gè)IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)可以分為固定寬帶無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)包括：802.16、802.16a、802.16c、802.16d和移動(dòng)寬帶無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)802.16e。由于802.16d基本上是對(duì)802.16、802.16a和802.16c標(biāo)準(zhǔn)的修訂，因此，目前802.16包括兩個(gè)主流空中接口標(biāo)準(zhǔn)，即針對(duì)固定無線接入應(yīng)用而設(shè)計(jì)的802.16d協(xié)議和針對(duì)移動(dòng)無線接入應(yīng)用而設(shè)計(jì)的802.16e協(xié)議。一、WiMAX技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)概要二、WiMAX的主要特點(diǎn)與當(dāng)前其它技術(shù)相比，WiMAX具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：1）標(biāo)準(zhǔn)化程度高、設(shè)備成本低。由于使用同一標(biāo)準(zhǔn)，不同廠商的設(shè)備可在同一系統(tǒng)中工作，增加了運(yùn)營商選擇設(shè)備時(shí)的自主權(quán)，降低了成本。2）數(shù)據(jù)傳輸速率高，頻帶利用率高。WiMAX能提供75Mb/s最高接入速率，是3G系統(tǒng)的30倍。每3.5MHz帶寬可傳輸?shù)膬羲俾蕿?8Mb/s，頻帶利用率高。

3）非視距傳輸（NLOS）易于覆蓋。采用OFDM/OFDMA技術(shù)，具備非視距傳輸能力，可方便更多用戶接入基站，大大減少基礎(chǔ)建設(shè)投資；4）傳輸距離遠(yuǎn)，無線覆蓋面更廣。最大傳輸半徑為50km，是WiFi所不能比擬的，基站覆蓋面積是3G的10倍，只要建立少數(shù)基站就能實(shí)現(xiàn)全城覆蓋，這樣使得無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的范圍大大擴(kuò)展。

5）部署靈活，配置伸縮性強(qiáng)，可平滑升級(jí)。根據(jù)業(yè)務(wù)需求區(qū)域靈活部署基站，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，可選用最小配置，根據(jù)業(yè)務(wù)增長，逐步增加設(shè)備投入。6）應(yīng)用方式靈活，接入方式也靈活。作為一種無線城域網(wǎng)技術(shù)，可以將WiFi熱點(diǎn)連接到互聯(lián)網(wǎng)，也可作為DSL等有線接入方式的無線擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)“最后一公里”的寬帶接入。7）支持QoS管理，業(yè)務(wù)能力較強(qiáng)。提供廣泛的多媒體通信服務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)電信級(jí)的多媒體通信服務(wù)，支持語音、視頻和Internet等業(yè)務(wù)。三、WiMAX的主要特征1）協(xié)議棧參考模型IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)描述了寬帶無線接入系統(tǒng)由物理層和MAC層組成的空中接口，因此IEEE802.16協(xié)議棧參考模型如圖8-53所示。圖8-53IEEE802.16協(xié)議棧參考模型物理層由傳輸匯聚子層（TCL）和物理媒質(zhì)依賴子層（PMD）組成。物理層定義了兩種雙工方式：時(shí)分雙工（TDD）和頻分雙工（FDD），這兩種方式都使用突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸格式，這種傳輸機(jī)制支持自適應(yīng)的突發(fā)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，包括調(diào)制方式、編碼方式、發(fā)射功率等傳輸參數(shù)可以動(dòng)態(tài)調(diào)整，但是需要MAC層協(xié)助完成。MAC層能支持多種物理層規(guī)范，并分成三個(gè)子層：特定服務(wù)匯聚子層（ServiceSpecificConvergenceSublayer，SSCS）、公共部分子層（CommonPartSublayer，CPS）和安全子層（PrivacySublayer，PS）。（1）特定服務(wù)匯聚子層（SSCS）主要功能是負(fù)責(zé)將業(yè)務(wù)接入點(diǎn)（SAP）收到的外部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和映射到MAC業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元（SDU），并傳遞到MAC層的SAP。協(xié)議提供多個(gè)SSCS規(guī)范作為與外部各種協(xié)議的接口。（2）公共部分子層（CPS）是MAC的核心部分，主要功能包括：系統(tǒng)接入、帶寬分配、連接建立和連接維護(hù)等。通過MACSAP接收來自各種CS層的數(shù)據(jù)并分類到特定的MAC連接，同時(shí)對(duì)物理層上傳輸和調(diào)度的數(shù)據(jù)實(shí)施QoS控制。（3）安全子層（PS）主要功能是提供認(rèn)證、密鑰交換和加解密處理。2）物理層特征WiMAX工作頻段可從2～66GHz（對(duì)于IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)：2～11GHz；對(duì)于IEEE802.16a標(biāo)準(zhǔn)：10～66GHz），信道帶寬可在1.5MHz～20MHz范圍內(nèi)靈活調(diào)整，有利于在所分配的信道帶寬內(nèi)充分利用頻譜資源。WiMAX采用宏小區(qū)方式，最大覆蓋范圍達(dá)50公里，當(dāng)在20MHz信道帶寬時(shí),支持高達(dá)75Mb/s的共享數(shù)據(jù)傳輸速率（最大覆蓋范圍僅為3～5公里）。可采用多扇區(qū)技術(shù)來提高系統(tǒng)容量，一個(gè)扇區(qū)可同時(shí)支持60多個(gè)采用E1/T1的企業(yè)用戶或數(shù)百個(gè)家庭用戶。WiMAX采用了OFDM、收／發(fā)分集、自適應(yīng)調(diào)制和等多種先進(jìn)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)非視距（NLOS）和阻擋視距（ONLOS）傳輸，有效提高了城市內(nèi)無線傳輸?shù)男堋Ｎ锢韺又С諸DD／TDMA和FDD／TDMA兩種無線雙工多址方式，以適應(yīng)不同國家或地區(qū)電信體制要求。支持單載波(SC)、256OFDM、2048OFDMA三種調(diào)制方式，可根據(jù)需要靈活選擇。物理層可以根據(jù)傳輸信道性能變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整調(diào)制方式和物理層參數(shù)（例如：調(diào)制參數(shù)、FEC參數(shù)、功率電平、極化方式等），以保證較好的傳輸質(zhì)量。不同IEEE802.16技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)支持的WiMax系統(tǒng)的技術(shù)特征見表8-5。表8-5IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)支持的WiMax系統(tǒng)的技術(shù)特征技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)802.16802.16a802.16d802.16e使用頻段10~66GHz<11GHz<11GHz<6GHz信道條件視距非視距視距+非視距非視距固定/移動(dòng)性固定固定固定移動(dòng)+漫游調(diào)制方式QPSK/16~64QAM256OFDM（支持BPSK/QPSK/16~64QAM）256OFDM（支持BPSK/QPSK/16~64QAM）2048OFDMA256OFDM（支持BPSK/QPSK/16~64QAM）128/512/1024/2048OFDMA信道帶寬25/28MHz1.25~20MHz1.25~20MHz1.25~20MHz傳輸速率(最佳S/N)32~134Mb/s載波帶寬28MHz75Mb/s載波帶寬20MHz75Mb/s載波帶寬20MHz15Mb/s載波帶寬5MHz小區(qū)半徑<5Km5~10Km5~15Km1~5Km3）MAC層特征支持QoS管理，滿足對(duì)不同業(yè)務(wù)質(zhì)量的要求。MAC層根據(jù)業(yè)務(wù)QoS要求和業(yè)務(wù)參數(shù)，以輪詢方式請(qǐng)求連接帶寬或進(jìn)行帶寬調(diào)整，以保證語音和視頻等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的低延遲要求。同時(shí)，針對(duì)無線信道環(huán)境下，較高的誤碼率和丟包率，定義了基于每個(gè)應(yīng)用流的ARQ，保證MAC層業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元MSDU的自動(dòng)重發(fā)，確保端到端包的傳輸質(zhì)量。MAC層具有ATM業(yè)務(wù)和分組業(yè)務(wù)匯聚子層SSCS，能方便地實(shí)現(xiàn)與ATM業(yè)務(wù)或IP業(yè)務(wù)為特征的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。同時(shí)，MAC層具有安全子層，支持MAC層安全機(jī)制，實(shí)現(xiàn)鑒權(quán)、加密等安全管理。4）業(yè)務(wù)能力WiMAX采用面向連接的方式，可以向用戶提供具有QoS性能的數(shù)據(jù)、視頻和話音(VoIP)業(yè)務(wù)。在IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)中，MAC層定義了較為完整的QoS機(jī)制，還定義了四種不同的業(yè)務(wù)，分別為：非請(qǐng)求的帶寬分配業(yè)務(wù)（UGS）、實(shí)時(shí)輪詢業(yè)務(wù)（rtPS）、非實(shí)時(shí)輪詢業(yè)務(wù)（nrtPS）、盡力而為業(yè)務(wù)（BE），分別可以用來向用戶提供高質(zhì)量的視頻和語音業(yè)務(wù)、普通質(zhì)量的視頻和語音業(yè)務(wù)，以及質(zhì)量無保證的諸如Internet等業(yè)務(wù)。可以根據(jù)業(yè)務(wù)的實(shí)際需要來動(dòng)態(tài)分配帶寬，具有較大的靈活性。因此，WiMAX可為不同業(yè)務(wù)提供不同的服務(wù)質(zhì)量QoS。5）應(yīng)用特征首先，作為寬帶無線接入應(yīng)用的WiMAX具有逐步投資和彈性部署的特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商可以根據(jù)用戶容量增長的需要，逐步增加投入，逐步擴(kuò)容到位，實(shí)現(xiàn)基本平坦的成本曲線。其次，網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃可以不受地形地貌的限制，部局靈活，同時(shí)用戶密度較低的地區(qū)仍可以較低的成本實(shí)現(xiàn)覆蓋，減小初期投資的風(fēng)險(xiǎn)。再次，網(wǎng)絡(luò)部署快速，安裝和擴(kuò)容方便，不需要復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活，尤其在臨時(shí)性和突發(fā)性應(yīng)急通信中能發(fā)揮巨大作用。最后，作為一種小區(qū)半徑可達(dá)50Km，接入速率可達(dá)75Mb/s的寬帶無線接入技術(shù)，既可作為城域網(wǎng)有線方式的無線延伸，亦可作為線纜方式的替代方案。特別地，對(duì)于用戶密度或業(yè)務(wù)量不高且分布分散的地區(qū)比線纜方式更具競爭力。四、WiMAX網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)WiMAX支持的點(diǎn)到多點(diǎn)（PointtoMultipoint，PMP）結(jié)構(gòu)，可構(gòu)建以WiMAX基站為中心的星形接入網(wǎng)。同時(shí)，IEEE802.16a也支持網(wǎng)狀網(wǎng)Mesh結(jié)構(gòu)，允許多個(gè)WiMAX節(jié)點(diǎn)采用無線互連方式構(gòu)建網(wǎng)狀網(wǎng)。這意味著，WiMAX可以靈活地拓展接入網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，在骨干網(wǎng)覆蓋不到的地方，采用WiMAX網(wǎng)狀網(wǎng)覆蓋，實(shí)現(xiàn)城域網(wǎng)的彈性延伸。1）PMP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)PMP結(jié)構(gòu)以基站BS為核心，采用點(diǎn)到多點(diǎn)的連接方式，構(gòu)建星形結(jié)構(gòu)的WiMAX接入網(wǎng)絡(luò)，如圖8-54所示。圖8-54PMP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖基站BS扮演業(yè)務(wù)接入點(diǎn)（ServiceAccessPoint，SAP）的角色，通過動(dòng)態(tài)帶寬分配技術(shù)，基站BS可以根據(jù)覆蓋區(qū)用戶的情況，靈活選用定向天線、全向天線以及多扇區(qū)技術(shù)滿足大量的用戶站（SubscriberStation，SS）設(shè)備接入核心網(wǎng)的需求。必要時(shí)，可以通過中繼站（RepeatStation，RS）擴(kuò)大無線覆蓋范圍。還可以根據(jù)用戶群數(shù)量的變化，靈活劃分信道帶寬，對(duì)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容，實(shí)現(xiàn)效益與成本的協(xié)調(diào)。PMP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是一種常用的接入網(wǎng)應(yīng)用形式，其特點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡潔，與xDSL等線纜接入形式相似，因此，是一種線纜替代的理想選用方案。2）Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用多個(gè)基站BS以網(wǎng)狀網(wǎng)方式互聯(lián)實(shí)現(xiàn)無線覆蓋，其中一個(gè)基站作為業(yè)務(wù)接入點(diǎn)(SAP)與核心網(wǎng)相連，其余基站BS以無線鏈路與該SAP相連接入核心網(wǎng)，如圖8-55所示。因此，作為SAP的基站既是業(yè)務(wù)的接入點(diǎn)又是接入的匯聚點(diǎn)，而其余基站并非簡單的業(yè)務(wù)的接入點(diǎn)，同時(shí)也是業(yè)務(wù)的中繼點(diǎn)。圖8-55Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖具有Mesh結(jié)構(gòu)的WiMAX系統(tǒng)，可以根據(jù)實(shí)際情況靈活部署，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的彈性延伸。對(duì)于市郊等遠(yuǎn)離骨干網(wǎng)，有線不易覆蓋的地區(qū)，可以采用Mesh模式擴(kuò)大覆蓋范圍，其規(guī)摸取決于基站半徑、覆蓋區(qū)大小等因素。五、WiMAX的關(guān)鍵技術(shù)WiMAX的關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下幾個(gè)方面：1）OFDM/OFDMA技術(shù)

正交頻分復(fù)用（OFDM）是一種高速傳輸技術(shù)，是未來寬帶接入系統(tǒng)/下一代蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。在WiMAX系統(tǒng)中，OFDM技術(shù)為物理層技術(shù)，主要應(yīng)用的方式有兩種：OFDM物理層和OFDMA物理層。物理層分別采用OFDM和OFDMA調(diào)制方式，都支持時(shí)分雙工(TimeDivisionDuplexing，TDD)和頻分雙工（FrequencyDivisionDuplexing，F(xiàn)DD），上行鏈路采用TDMA方式，下行鏈路采用TDM方式，可以采用空時(shí)編碼（SpaceTimeCoding,

STC）發(fā)射分集以及自適應(yīng)天線系統(tǒng)（

AutomaticAdaptive

Antenna，AAS）。OFDMA系統(tǒng)可以支持長度為2048、1024、512和128的FFT點(diǎn)數(shù)，通常向下數(shù)據(jù)流被分為邏輯數(shù)據(jù)流。這些數(shù)據(jù)流可以采用不同的調(diào)制及編碼方式以及以不同信號(hào)功率接入不同信道特征的用戶端。向上數(shù)據(jù)流子信道采用多址方式接入，通過下行發(fā)送的媒質(zhì)接入?yún)f(xié)議分配子信道傳輸上行數(shù)據(jù)流。2）HARQ技術(shù)

混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求（HybridAutomaticRepeatreQuest，HARQ）技術(shù)可以明顯提高系統(tǒng)吞吐量，同時(shí)因?yàn)橹貍骺梢詭砗喜⒃鲆妫蚤g接擴(kuò)大系統(tǒng)的覆蓋范圍。在IEEE802.16e的協(xié)議中雖然規(guī)定了信道編碼方式有卷積碼（ConvolutionalCode，CC）、卷積Turbo碼（ConvolutionalTurboCode，CTC）和低密度校驗(yàn)碼（Low-DensityParity-Check，LDPC）編碼，但是對(duì)于HARQ方式，根據(jù)目前的協(xié)議，IEEE802.16e中只支持CC和CTC的HARQ方式。HARQ功能和相關(guān)參數(shù)可在網(wǎng)絡(luò)接入過程或重新接入過程中協(xié)商和確定。3）AMC技術(shù)

自適應(yīng)調(diào)制編碼（AdaptiveModulationandCoding，AMC）在WiMAX的應(yīng)用中有其特有的技術(shù)要求，由于AMC技術(shù)需要根據(jù)信道條件來判斷將要采用的編碼方案和調(diào)制方案，所以AMC技術(shù)必須根據(jù)WiMAX的技術(shù)特征來實(shí)現(xiàn)AMC功能。與CDMA技術(shù)不同的是，由于WiMAX物理層采用的是OFDM技術(shù)，所以時(shí)延擴(kuò)展、多普勒頻移、PAPR值、小區(qū)的干擾等對(duì)于OFDM解調(diào)性能有重要影響的信道因素必須被考慮到AMC算法中，用于調(diào)整系統(tǒng)編碼調(diào)制方式，達(dá)到系統(tǒng)瞬時(shí)最優(yōu)性能。WiMAX標(biāo)準(zhǔn)定義了多種編碼調(diào)制模式，包括卷積編碼、分組Turbo編碼（可選），并對(duì)應(yīng)不同的碼率，主要有1/2、3/5、5/8、2/3、3/4、4/5、5/6等碼率。4）MIMO技術(shù)對(duì)于單輸入單輸出（Single-Inputsingle-Output，SISO）系統(tǒng)，要滿足較高的傳輸性能需要較多的頻譜資源和復(fù)雜的編碼調(diào)制技術(shù)，而有限的頻譜資源和移動(dòng)終端的特性都制約著SISO系統(tǒng)的發(fā)展，所以MIMO是未來移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)。采用空間復(fù)用和空時(shí)編碼的MIMO技術(shù)在WiMAX中都得到了應(yīng)用。5）QoS機(jī)制在WiMAX標(biāo)準(zhǔn)中，MAC層定義了較為完整的QoS機(jī)制。MAC層針對(duì)每個(gè)連接可以分別設(shè)置不同的QoS參數(shù)，包括：速率、延時(shí)等指標(biāo)。WiMAX系統(tǒng)所定義的4種調(diào)度類型（非請(qǐng)求的帶寬分配業(yè)務(wù)、實(shí)時(shí)輪詢業(yè)務(wù)、非實(shí)時(shí)輪詢業(yè)務(wù)、盡力而為業(yè)務(wù)）只針對(duì)上行的業(yè)務(wù)流。對(duì)于下行的業(yè)務(wù)流，根據(jù)業(yè)務(wù)流的應(yīng)用類型只有QoS參數(shù)的限制而沒有調(diào)度類型的約束。6）省電技術(shù)對(duì)于支持終端移動(dòng)的IEEE802.16e協(xié)議為了適應(yīng)移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)，增加了終端睡眠模式：Sleep模式和Idle模式。Sleep模式的目的在于減少移動(dòng)臺(tái)（MobileStation，MS）的能量消耗并降低對(duì)ServingBS空中資源的使用。Sleep模式是MS在預(yù)先協(xié)商的指定周期內(nèi)暫時(shí)中止ServingBS服務(wù)的一種狀態(tài)。從ServingBS的角度觀察，處于這種狀態(tài)下的MS處于不可用（unavailability）狀態(tài)。Idle模式為MS提供了一種比Sleep模式更為省電的工作模式，在進(jìn)入Idle模式后，MS只是在離散的間隔，周期性地接收下行廣播數(shù)據(jù)（包括尋呼消息和MBS業(yè)務(wù)），并且在穿越多個(gè)BS的移動(dòng)過程中，不需要進(jìn)行切換和網(wǎng)絡(luò)重新進(jìn)入的過程。7）切換技術(shù)IEEE802.16e標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一種必選的切換模式，在協(xié)議中簡稱為HO（handover），實(shí)際上就是通常所說的硬切換。除此以外還提供了兩種可選的切換模式：宏分集切換（MDHO）和快速BS切換（FBSS）。移動(dòng)臺(tái)可以通過當(dāng)前的服務(wù)BS廣播的消息獲得相鄰小區(qū)的信息，或通過請(qǐng)求分配掃描間隔或睡眠間隔來對(duì)鄰近的基站進(jìn)行掃描和測距的方式獲得相鄰小區(qū)信息，對(duì)其評(píng)估，尋找潛在的目標(biāo)小區(qū)。切換既可以由MS決策發(fā)起也可以由BS決策發(fā)起。六、WiMAX的應(yīng)用1）WiMAX論壇定義的五種應(yīng)用場景

（1）固定應(yīng)用場景：固定接入業(yè)務(wù)是IEEE802.16運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)中最基本的業(yè)務(wù)模型，包括：用戶因特網(wǎng)接入、傳輸承載業(yè)務(wù)及Wi-Fi熱點(diǎn)回傳等。（2）游牧應(yīng)用場景：游牧式業(yè)務(wù)是固定接入方式發(fā)展的下一個(gè)階段。終端可以從不同的接入點(diǎn)接入到一個(gè)運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)中；在每次會(huì)話連接中，用戶終端只能進(jìn)行站點(diǎn)式的接入；在兩次不同網(wǎng)絡(luò)的接入中，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)將不被保留。在游牧式及其以后的應(yīng)用場景中均支持漫游，并應(yīng)具備終端電源管理功能。（3）便攜應(yīng)用場景：在這一場景下，用戶可以步行連接到網(wǎng)絡(luò)，除了進(jìn)行小區(qū)切換外，連接不會(huì)發(fā)生中斷。便攜式業(yè)務(wù)在游牧式業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行