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第 10 章 無線系統和無線區域迴路

第 10 章 無線系統和無線區域迴路. 大 綱. 無線系統 無線區域迴路 IEEE 802.16 固接式寬頻無線存取標準. 大 綱. 無線系統 無線區域迴路 IEEE 802.16 固接式寬頻無線存取標準. TDD 技術. 圖 10.1 使用分時雙工傳輸的示意圖. TDD 技術 ( 續 ). 令區塊大小為. 位元，傳輸一個區塊所需時間為 2( T p + T b + T g ) ，則. 為有效傳輸速率 ( 位元 / 每秒 ) 為. (10.1). 在傳輸媒體上真正的資料傳輸速率. 為. (10.2).

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第 10 章 無線系統和無線區域迴路

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Presentation Transcript

  1. 第10章無線系統和無線區域迴路

  2. 大 綱 • 無線系統 • 無線區域迴路 • IEEE 802.16固接式寬頻無線存取標準

  3. 大 綱 • 無線系統 • 無線區域迴路 • IEEE 802.16固接式寬頻無線存取標準

  4. TDD技術 圖10.1 使用分時雙工傳輸的示意圖

  5. TDD技術(續) 令區塊大小為 位元，傳輸一個區塊所需時間為2(Tp+ Tb+ Tg)，則 為有效傳輸速率(位元/每秒)為 (10.1) 在傳輸媒體上真正的資料傳輸速率 為 (10.2) 將(10.1)式得到的位元個數B代入(10.2)式，我們可以得到 (10.3)

  6. TDMA/TDD 圖10.2 TDMA的傳輸訊框

  7. TDMA/TDD(續) • 在一些特別的系統中，因為在每個時槽中通常會有15到20%的額外位元，所以這些TDMA系統的資料速率為Nch Rb /ηf，其中ηf為

  8. 各種無線系統之參數

  9. DECT 圖10.3 DECT協定架構

  10. DECT(續) 圖10.4 DECT格式

  11. CT-2 圖10.5 CT-2訊框格式

  12. PHS 圖10.6 PHS格式

  13. 大 綱 • 無線系統 • 無線區域迴路 • IEEE 802.16固接式寬頻無線存取標準

  14. 無線區域迴路 • 有線技術的發展是反映住宅用戶、商業及政府用戶對可靠、高速存取的需求。 • 包括整合服務數位網路(ISDN),數位用戶迴路技術 ( xDSL),纜線數據技術 (cable modems)等。 • 用戶挑戰使用無線技術存取資訊的興趣逐漸增加 。 • 無線區域迴路(wireless local loop, WLL) • 窄頻服務 –替代現有的電話服務。 • 寬頻服務 –高速雙向語音和數據傳輸。

  15. WLL架構 圖10.7 WLL角色

  16. WLL相較於有線的用戶迴路的優勢 • 成本 –無線系統比有線系統便宜，使用WLL可避 免架設數公里的纜線和需要對架在地面或是電線桿上的有線系統的基礎建設的維護成本。 • 架設時間 – WLL系統可以在比有線系統更短的時間內架設完成。 • 選擇性架設 –無線電單元可只在用戶需要時架設即可。使用有線系統，電纜線必須預先架設在每個有可能需要服務的地區內。

  17. WLL的傳播考量 • 對於多數的高速WLL架構而言，所使用的頻率大約是在所謂的厘米波(millimeter wave)的範圍，亦即頻率大於10 GHz到大約300 GHz之間的頻帶被視為厘米波的區域，使用此一範圍的頻率一些原因如下： • 在25 GHz以上有許多沒有被使用的頻帶。 • 在這些高頻帶中，可用頻道頻寬很大，因此可提供很高的資料速率。 • 所使用的收發機和適應性陣列天線的體積可以很小。

  18. WLL的傳播考量(續) • 厘米波系統亦存在有一些我們不想要的傳輸特性： • 信號在空間損耗以頻率的平方之比例地增加;因此在此一區域的損耗比傳統使用在微波系統的損耗還要高。 • 在10 GHz之下的頻率一般我們可忽略下雨與大氣或氣體的吸收效應所導致的信號衰減。但在10 GHz以上的頻率，這類的衰減的影響非常地大。 • 多重路徑損耗非常地高

  19. 正交分頻多工(OFDM) • 也稱為多載波調變，其中使用多個不同頻率的載波信號，並在每一個頻道上傳送一些位元。但是與FDM不同的是 OFDM系統是單一個資料源使用所有的子頻道。 • OFDM擁有許多的優點: • 頻率選擇性衰退只會影響到某些子頻道而不會影響所有的信號，如果資料流由直接錯誤更正碼保護的話，這類的衰退可以很容易地處理。 • OFDM可以克服在多重路徑環境中的符際干擾(ISI) • 使用OFDM技術，資料速率以N的倍數降低，相對地符號時間也以N的倍數增加。 • OFDM系統中可能不需要使用等化器

  20. 正交分頻多工(OFDM) (續)

  21. OFDM之頻率正交

  22. 正交分頻多工(OFDM) (續) • 使用OFDM技術，資料速率以N的倍數降低，相對地符號時間也以N的倍數增加。因此某一資料流的符號週期為Ts，OFDM信號的週期則為NTs，如此可顯著地降低ISI的影響。依照設計的準則，可選擇N值使得NTs明顯的大於頻道延遲展延(delay spread)的均方根(root-mean-square)。 • 一般OFDM系統使用正交相移鍵控(QPSK)調變技術，此情況下，每個傳輸的符號代表兩個位元。

  23. 使用保護區間對抗多路徑干擾所產生ISI

  24. 通道衰退或窄頻干擾對單載波和OFDM傳輸系統的影響通道衰退或窄頻干擾對單載波和OFDM傳輸系統的影響

  25. 多點分散式服務(MDS) • 多頻道多點分散式服務(MMDS) • MMDS用來與有線電視供應者競爭，在廣播或有線電視無法到達的農業地區提供服務，基於此，MMDS也可以被視為一種無線纜線(wireless cable)。 • 在FCC限定傳輸功率的情況下， MMDS基地台可以服務之範圍的半徑在50公里以內，但其用戶的天線必須位在視線上。MMDS可以提供雙向服務，在其他國家也可以使用MMDS作為雙向存取之用，所以MMDS可以提供寬頻資料服務的另一種選擇。 • 因為頻寬較小，在任何情況下MMDS主要使用在住宅用戶和小型商業用途上

  26. 多點分散式服務(MDS) (續) • 區域多點分散式服務 (LMDS) • LMDS是一個相對上較新的WLL服務， LMDS用於需要較大頻寬的大公司中。 • 在美國，LMDS使用的頻率接近30 GHz；在歐洲和有些地區，使用的頻率接近40 GHz。

  27. MMDS與 LMDS優缺點比較 • MMDS之優點 • MMDS信號擁有較大的波長(超過10公分)，以及可以在沒有明顯損失功率的情況下傳送得比較遠，如此MMDS可以運作在大的細胞中，因此可降低的基地台設備的成本。 • 使用在低頻的設備較便宜，因此用戶或基地台的成本較省。 • MMDS信號較不會被物體所阻擋，且較不受下雨吸收的影響。 • 相較於LMDS，MMDS的主要缺點是使用的頻率較低所以只能提供較LMDS小的頻寬。

  28. MMDS與 LMDS優缺點比較(續) • LMDS有下列優點 • 資料速率相對的較高，速率大多在Mbps的範圍。 • 可提供影像、電話、和資料服務。 • 相對成本比電纜低。 • LMDS主要的缺點是基地台服務的範圍較小，在相同大小的地區中需要相對較多的基地台以提供服務。 • 在LMDS系統中重要的考慮點是LMDS的短波長信號不能越過或穿透如建築物、牆、或是茂密樹葉等等的實體。

  29. 大 綱 • 無線系統 • 無線區域迴路 • IEEE 802.16固接式寬頻無線存取標準

  30. IEEE 802.16固接寬頻無線存取標準 • 使用微波或是厘米波的無線電進行無線鏈結 • 使用許可頻帶(一般而言) • 範圍以都市規模來考量 • 提供公用網路服務給付費使用者(典型的) • 使用固定式屋頂或高塔天線的點對多點架構

  31. IEEE 802.16固接寬頻無線存取標準(續) • 提供多樣性通道之有效率傳輸以支援高的服務品質(quality of service, QoS) • 利用微波或厘米波作無線連結 • 寬頻傳輸的能力(>2 Mbps)

  32. IEEE 802.16固接寬頻無線存取標準(續) 圖10.13 IEEE 802.16標準

  33. IEEE 802.16標準之參數

  34. IEEE 802.16架構 • 系統參考架構 • 如圖10.14所示的抽象參考模式設計，802.16無線服務可提供用戶端之間的通訊路徑，以及一個核心網路(可提供進入802.16的網路)。此模式定義有三種介面。IEEE 802.16標準涉及到用戶的收發機和基地台的收發機之間的空中介面。 • 系統參考模式也包括中繼站的選用，空中介面規格允許使用中繼站或反射器以越過障礙物並增加細胞的涵蓋範圍。

  35. IEEE 802.16系統參考點 圖10.14 IEEE 802.16系統參考點

  36. IEEE 802.16架構 (續) • 協定架構 • 協定具體地定義在網路上傳輸資料區塊相關之無線傳輸定址議題。在OSI的術語中，高層協定(在第三和第四層以上)與網路架構無關，並且適用於各種的網路和通訊介面，因此，802.16協定只討論涉及到OSI模式的最低兩層。

  37. IEEE 802.16協定架構 圖10.15 IEEE 802.16協定架構

  38. IEEE 802.16協定架構(續) • 802.16協定模式的最低兩層相當於OSI模式的實體層，功能包括 • 信號的編碼/解碼 • 前置符號的產生/移除(同步用) • 位元傳送/接收 • 802模式的實體層包括對於傳輸媒介和頻帶的規定。傳輸媒介和頻帶的選擇在無線鏈結的設計非常關鍵，所以此協定會包括媒體規格。

  39. IEEE 802.16協定架構(續) • 在實體層和傳輸層之上敘述提供用戶服務有關的功能，這些包括 • 傳輸時將資料組合成一個帶有位址和錯誤偵測欄位的框架 • 接收時分解框架，同時進行位址辨認和錯誤偵測 • 管理無線傳輸媒介的存取 • 上述這些功能被整合成媒體存取控制(medium access control, MAC)層。在這層的協定的責任是分配基地台和用戶台間對無線電頻道的使用，MAC協定定義基地台或用戶台如何和何時可以開始在頻道上傳輸。MAC層協定必須能夠分配無線電頻道容量以滿足服品質的要求。

  40. IEEE 802.16協定架構(續) • 在MAC層之上是一個聚合層，聚合層提供功能給特定的服務。聚合層協定執行下面的功能： • 包裝上一協定層的　PDU(protocol data unit)框架成為本身的802.16 MAC/PHY框架 • 映射上一協定層的位址至802.16位址 • 轉譯上一協定層的QoS參數至802.16 MAC框架 • 調整上一協定層運輸的相關時間成為對等的MAC服務

  41. IEEE802.16 服務 • IEEE 802.16被設計用來支援下列的持有人服務(bearer service)： • 數位語音/影像多重播送 • 數位電話 • ATM • 網際網路協定 • 橋接區域網路(Bridged LAN) • 後送(back-haul) • 框架交換(frame relay)

  42. IEEE 802.16協定內容 圖10.16 IEEE 802.16協定內容

  43. IEEE 802.16服務 • IEEE 802.16被設計用來支援下列的服務： • 數位電話 • 數位語音/影像多重播送 • ATM • 網際網路協定 • 橋接區域網路(Bridged LAN) • 後送(back-haul) • 訊框傳遞(frame relay)

  44. IEEE 802.16 MAC層 • 連結和服務流程 • 802.16 MAC協定是連結為導向的服務 • 在連結識別和服務流(service flow)之間存在有一對一的對應關係，服務流定義在連結上交換的PDU之QoS參數 • 在連結上的服務流觀念是MAC協定運作的中心

  45. IEEE 802.16 MAC層 （續） • 框架格式由三個部分所組成： • 標頭：包含MAC協定的功能所需的協定控制訊息。 • 承載：承載有可能是高層的資料(例如ATM細胞、IP封包、數位語音區塊)或是MAC控制訊息。 • 循環冗碼(CRC)：循環冗碼檢查欄包含錯誤偵測碼。

  46. IEEE 802.16 框架格式 圖10.17 IEEE 802.16訊框格式

  47. IEEE 802.16 標頭格式 • 基本標頭 • 頻寬請求標頭

  48. 子標頭 • 數據段(fragment) • 授與管理(grant mangement) • 包裝(packing) • 協調(mesh) • 快速回應配置(FAST-FEEDBACK _Allocation)

  49. MAC管理訊息 • 上鏈與下鏈頻道描述符號 • 上鏈與下鏈存取定義 • 請求與回應 • 註冊請求、回應、和確認 • 私有密碼鑰匙管理請求與回應 • 額外動態服務的請求、回應、和確認

  50. MAC管理訊息(續) • 更改動態服務的請求、回應、和確認 • 刪除動態服務請求與回應 • 多重播送詢問指定請求與回應 • 下鏈資料授與型式請求 • ARQ回覆

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