【无线网络技术】——无线广域网（学习笔记）

前言：无线广域网(WWAN)是指覆盖全国或全球范围内的无线网络，提供更大范围内的无线接入，与无线个域网、无线局域网和无线城域网相比，它更加强调的是快速移动性。典型的无线广域网：蜂窝移动通信系统和卫星通信系统。

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1. 概述

移动通信网络

• 2.5G：GPRS/EDGE（Enhanced Data GSM Evolution）
• 3G：WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMA
• 3.5G：HSDPA（High-Speed Downlink Packet Access）/EV-DO（Evolution-Data Only）
• 4G：LTE（Long Term Evolution）
• 5G

• 蜂窝技术的速率都不高，无法提供类似于无线个域网、无线局域网和无线城域网的宽带接入技术，无线满足多媒体等应用的需求。
• 多适用于手机、PDA这样的处理能力较低的弱终端，对于具有高强处理能力的笔记本电脑是不太适宜的。
• 专门从事无线广域网移动宽带无线接入技术标准制定的工作组是802.20

2. 3G/4G/5G技术概述

3G技术：W-CDMA、CDMA2000、TD-SCDMA
4G技术：LTE、LTE-Advanced、WiMAX 、HSPA+ 、WirelessMAN-Advanced 、VoLTE

国际电信联盟（ITU）定义的4G标准

• 静态传输速率达到1Gbps，用户在高速移动状态下可以达到100Mbps，就可以作为4G的技术之一
• 为了达到上述峰值速率必须使用大于20MHz的带宽

LTE-TDD，LTE-FDD，WiMAX，以及HSPA+
三大运营商制式

• 移动TDD（Time Division Duplex）
• 联通FDD （Frequency Division Duplex）
• 电信FDD（Frequency Division Duplex）

五模十三频：

2G的GSM，3G的TD-SCDMA、WCDMA，4G的TD-LTE、LTE-FDD五种模式，而十三频则是TD-LTE Band38/39/40，LTE-FDD Band7/3，TD-SCDMA Band34/39，WCDMA Band1/2/5，GSM Band2/3/8共十三个频段。

频谱重整（Refarming）：对于已经分配给运营商使用的频段，可统筹规划，重新定义频段用途

5G技术：

• 使用频谱28GHz及60GHz，属极高频（EHF），比一般电讯业现行使用的频谱（如2.6GHz）高许多。
• 超高的传输速度，能达到4G网络的40倍以上，延迟极低也比4G低不少。

NSA（Non-Standalone）：4G和5G混合组网
SA（Standalone）：5G独立组网

蜂窝网络组成

蜂窝网络寻呼与切换过程

蜂窝网络频率复用：移动通信中为何采用蜂窝式正六边形结构?
用六边形做覆盖模型，则用最小的小区数就能覆盖整个地理区域，而且，六边形最接近于全向天线的基站天线和自由空间传播的全向辐射模式

移动通信网与 IP网络的融合：

3. 卫星通信系统

3.1 卫星通信系统的概念

• 卫星通信系统实际上也是一种微波通信，它以卫星作为中继站转发微波信号，在多个地面站之间通信。
• 卫星通信系统由卫星端、地面端、用户端三部分组成。
  • 卫星端在空中起中继站的作用，把地面站发上来的电磁波放大后再返送回另一地面站。
  • 地面站则是卫星系统与地面公众网的接口。
  • 用户端即是各种用户终端。

3.2 卫星通信系统的分类

按照工作轨道区分，卫星通信系统一般分为以下3类：
（1）低轨道卫星通信系统(LEO)
（2）中轨道卫星通信系统(MEO)
（3）高轨道卫星通信系统(GEO)
按照通信范围区分，卫星通信系统可以分为国际通信卫星、区域性通信卫星、国内通信卫星。
按照用途区分，卫星通信系统可以分为综合业务通信卫星、军事通信卫星、海事通信卫星、电视直播卫星等。
按照转发能力区分，卫星通信系统可以分为无星上处理能力卫星、有星上处理能力卫星。

3.3 卫星通信系统的特点

（1）下行广播，覆盖范围广
（2）工作频带宽：可用频段从150MHz～30GHz；
（3）通信质量好
（4）网络建设速度快、成本低
（5）信号传输时延大
（6）控制复杂

3.4 卫星移动通信系统成功案例

• 铱星（Iridium）系统
• Globalstar系统
• IC0全球通信系统
• Ellips0系统
• Orbcomm系统
• Teledesic系统

4. 802.20技术

4.1 802.20技术特性

802.20协议族

• 移动宽带无线接入（Mobile Broadband Wireless Access），又称Mobile-Fi
• 支持最高时速为250KM/h的高速移动
• 纯IP架构：基于分组，可确保通道的最大利用率，但是时效性没有电路交换好

• 在物理层技术上，以OFDM和MIMO为核心，充分挖掘时域、频域和空间域的资源，大大提高了系统的频谱效率
• 在设计理念上，基于分组数据的纯IP架构应对突发性数据业务的性能也优于现有的3G技术，与3.5G(HSDPA、EV-DO)性能相当
• 另外，在实现、部署成本上也具有较大的优势。

IEEE 802.20秉承了IEEE 802协议族的纯IP架构。

纯IP架构，与3GPP和3GPP2所提出的全IP概念有所不同——前者是核心网和无线接入网都基于IP传输，而后者仅仅实现了核心网的IP化。设计架构的差异使802.20与其它3G技术相比具有明显的优势。

4.2 802.20与其他技术间的关系

802.20 vs 3G

• 802.20能够实现所有3G功能
• 物理层更先进、部署价格更低
• 3G上行、下行速率不同

1	IEEE 802.20	3G
目标市场	1．高移动性、高吞吐量数据应用 2．对称数据服务 3．对数据服务时延敏感度要求高 4．全球移动和漫游	1．高移动性、语音业务和低速率数据应用 2．非对称数据服务 3．对数据服务时延敏感度要求低 4．全球移动和漫游
技术特点	1．全新的空中接口(物理层和MAC层) 2．属于广域网技术 3．以OFDM、MIMO为物理层核心技术 4．工作于3.5GHz以下的许可频段 5．典型信道带宽小于5MHz 6．纯IP架构 7．主要针对移动多媒体应用 8．高效的上下行数据传输效率 9．低时延架构	1．基于GSM或IS-41的演进，已有较成熟的空中接口(WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA) 2．属于广域网技术 3．以CDMA为物理层核心技术 4．工作于2.7GHz以下的许可频段 5．典型信道带宽小于5MHz 6．以基于电路交换的架构为主 7．主要针对移动语音业务 8．数据传输效率下行一般，上行较低 9．高时延架构

1. 两者的目标市场重叠较大。

• 首先，都是广域网技术。
• 其次，802.20具有低时延架构，可以基于VoIP技术来提供高质量的语音业务，也就是说可以支持3G所能提供的全部业务。

2. 在物理层核心技术上802.20更为先进，因而拥有更具吸引力的性能优势。
3. 802.20的纯IP架构使它在组网成本上具有较明显的价格优势。

802.20 vs LTE

• 竞争关系
• 物理层技术都是基于OFDM和MIMO
• 都是基于IP的架构

LTE(Long Term Evolution)是国际标准化组织3GPP在2004年底提出的研究计划，旨在提高3G技术在宽带无线接入市场的竞争力。

LTE的市场定位是弥补3G技术在分组接入方面的不足，技术特性与802.20极为相似

• 都是针对广域网的移动通信技术，LTE支持最高的移动速率为350 km/h，并且能在15~120 km/h下提供高性能的服务
• 物理层技术都是基于OFDM和MIMO，频谱效率都很高，并且摆脱了高通公司的CDMA专利制约
• 都支持低时延，LTE的接入网时延在10 ms以内，控制平面时延小于100 ms
• 都是基于IP的架构，LTE的目标是建立一个无线接入网与固网融合的纯IP的核心网，以满足宽带无线接入的需求。

与802.11、802.16间的关系

• 11和16主要是针对牧游式的无线接入，提供步行速率的移动性。802.20的目标市场定位于无线广域网，强调它对高速移动性的支持。
• 三种技术存在很强的互补性。若将它们混合组网，取长补短，将是一种非常好的全网覆盖解决方案。

4.3 802.20展望

• 高移动性和高吞吐量必然是未来无线通信市场的重要需求。
• IEEE 802.20正是为满足这一需求而专门设计的宽带无线接入技术，并具有性能好、效率高、成本低和部署灵活等特点。
• 802.20在移动性上优于802.16和802.11，在数据吞吐量上强于3G技术，其设计理念也符合下一代技术的发展方向，因而确实是一种非常有前景的无线技术。

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作者：HinsCoder
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