Alex_McAvoy

想要成为渔夫的猎手

无线城域网与无线广域网

【概述】

无线城域网(Wireless Metropolitan Area Network,WMAN) 以无线方式构建城域网,提供高速互联网接入,为满足宽带无线接入的市场需求,解决城域网最后一公里接入问题,代替电缆、xDSL)、光纤等

无线广域网(Wireless Wide Area Network,WWAN)进一步扩展了传统无线网络范围,是一种覆盖范围更大的无线网络,提供更方便和灵活的无线接入,用户能使用笔记本PC、智能手机等移动设备在覆盖范围内灵活接入网络,进而访问因特网

典型的 WWAN 有:卫星通信网络、蜂窝移动通信(2G/3G/4G/5G)等

其中,卫星通信网络堪称空间范围最大的 WWAN,蜂窝移动通信网络是覆盖人群范围广的 WWAN

【IEEE802.16 标准】

概述

IEEE802.16 标准为基础的无线城域网,覆盖范围达几十公里,传输速率高,提供灵活、经济、高效的固定和移动宽带无线接入方式

IEEE802.16,也称全球微波接入互操作性(WiMax,World wide Interoperability for Microwave Access),能达30M~100Mbps 或更高速率,移动性优于 WiFi

其下辖标准有多个,具体见下图:

常用的标准有 IEEE802.16a、IEEE802.16d、IEEE802.16e、IEEE802.16m,他们的对比如下:

WiMax 系统组成

WiMax 网络可在需牌照或公用无线频段运行,授权频段运行时可使用更多频宽、时段和更强功率,WiFi 传输功率在 1~100 毫瓦之间,而 WiMax 系统的传输功率可达 100 千瓦

WiMax 系统通常由两部分组成:

  • WiMax 发射塔:与移动通信发射塔相似,单台 WiMax 发射塔可覆盖面积多达数千平方公里,发射塔用有线链路连接因特网,也可用视距微波连接另一个发射塔
  • WiMax 接收机:接收机和天线可以是一个小盒子或一张 PCMCIA 卡,也可内置笔记本中

多天线与安全性

IEEE802.16 标准的多天线技术有两种:

  • MIMO:空时发射分集、复用、分集与复用混合模式
  • 自适应天线阵:可提高系统容量、扩大覆盖范围、提高可靠性、降低成本

WiMax 与 WiFi 所使用的认证加密方法相似:WiMax 使用 3DES、AES、EAP 等,称为 PKM-EAP,而 WiFi 的 WPA2 使用典型的 PEAP 认证与 AES 加密

视距与非视距服务

非视距服务:使用较低频率范围(2~11GHz),较低波长传输不易受物理干扰,传输可衍射、弯曲或绕过障碍物,服务范围半径约 6~10km

视距服务:使用较高频率(可达66GHz),利用安装在屋顶或电杆上的固定抛物面天线和发射塔通过视距连接,这种类型功率更大、更稳定、误码更少,服务范围半径可达 50km

信道编码

按不同业务 QoS 和速率可以灵活选择合适编码方式:

  • 咬尾卷积编码:强制支持,编译码复杂度低,处理时延小,适合小编码块、控制消息和时延敏感的数据传输,快速解调,帧控制消息就采用该编码
  • 归零卷积编码:可选支持,编译码复杂度低、处理时延小,相比咬尾卷积编码,其每个编码块需一个字节,对小编码块传输不利,但译码略简单,性能更好
  • 低密度奇偶校验码:适合大编码块数据传输,通常编码复杂度较高,使用结构化构造方法,可以有效降低编码复杂度

MAC 层自适应机制

在当前信道条件下,通过对某些传输参数的适配,可以让链路更加有效的运行,其有三大机制:

  • 自适应调制编码(AMC)
  • 自动请求重传(ARQ)
  • 混合自动请求重传(H_ARQ)

自适应调制编码(AMC)

AMC 根据信道的质量状况,自适应的调整调制和编码方式,从而产生不同的传输速率

AMC 能够最大限度利用无线信道,提高频谱效率,根据模式不同,数据传输速率和抗干扰能力不同

AMC 的最主要作用是在 802.16 标准中衡量信道质量,在距离基站较近的位置可采用高阶的调制方式(如:64QAM),以获得更高的传输速率,而在远离基站的位置信道质量变差,可调整到低阶的调制方式(如:QPSK),以扩展覆盖范围,同时,其能通过避免发射功率的途径来提高系统性能,降低干扰

自动请求重传(ARQ)

ARQ 的接收端在正确接收发送端数据包前,会向发送端发送确认信息(ACK),否则发送(NACK)

发送端根据接收端情况选择重传,同时,其支持简单停止等待和滑动窗口

混合自动请求重传(H_ARQ)

H_ARQ 是前向纠错(FEC)和自动重传(ARQ)相结合的技术

在信道好时,FEC 会降低吞吐量,使得 ARQ 更好;在信道差时,FEC 更好,此时存在时延

简单来说,错误少纠错,错误多重传

【IEEE802.20 标准】

IEEE802.20 标准也称 Mobile-Fi,最初由思科等厂商提出

该标准在低于 3.5GHz 的许可频段工作,基于 IP,单用户峰值数据速率超 1Mbps,支持终端移动速度 250km/h 的移动通信,同时在 MBWA 物理层和 MAC 层具有互操作性

由于某些原因,该工作组暂停多次,标准制定一波三折,虽然具有一定的技术价值,但未来并不乐观

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