无线接入网是指从业务接入结点(交换机)到用户终端全部或部分采用无线传输方式的网络结构。即利用微波、卫星、红外等传输手段向用户提供各种业务。
有线网和无线网是有本质区别的,有线网的用户接入点是不变的,而无线网的用户接入点不仅是变的,而且在通信过程中也可能会发生变化,因而需增加移动管理功能来实现位置登记、越区切换、权限验证等。
与有线接入网相比,无线接入网具有如下主要特点:建设周期短;维护费用少;抗自然灾害能力强;能同时向用户提供固定接入和移动接入;支持个人通信。
无线接入网几乎涉及无线传输的所有技术,如信源编码、信道编码、调制解调、放大与滤波、发射与接收、频段与天线、检错与纠错、功率自动控制和抗衰落等。
无线接入网可分为固定无线接入网和移动无线接入网两大类。
固定无线接入网是指从业务接入点到用户终端全部或部分采用无线方式,它主要为固定位置的用户或仅在小区域内移动的用户提供服务,用户终端主要包括电话机、传真机、计算机等,实现方式包括甚小型天线地面站(VSAT)、一点多址微波系统、直播卫星系统等。
移动无线接入网主要是为行进中的、位置在移动的用户提供服务,用户终端主要有手机、车载电话等,实现方式包括全球移动通信系统、卫星移动通信系统、无线寻呼、无绳电话、蜂窝移动电话、集群调度系统等。
无线接入技术发展相当快,种类繁多。如移动通信网接入的GSM、CDMA、GPRS、WC-DMA、TD-SCDMA等;卫星通信接入的DBS、VSAT等;无线局域网接入的IEEE 802.11、蓝牙、HomeRF等;无线本地环路的微波一点多址、LDMS、IEEE 802.16等;红外无线接入的FSO等。
目前,访问因特网的无线接入技术主要有IEEE 802.11无线局域网、GPRS、CDMA-1x和3G。
1.Wi-Fi接入
Wi-Fi无线接入技术基于IEEE 802.11无线局域网,由无线网卡、无线接入点(AP)、计算机和有关设备组成,采用单元结构,将整个系统分成许多单元,每个单元称为一个基本服务集(BSS)。一个无线局域网可由一个基本服务区(BSA)组成,一个BSA通常包含若干个单元,这些单元通过AP与主干网相连。主干网可以是有线网,也可以是无线网。大多数常用的无线路由器采用的就是IEEE 802.11,速率可达54Mbit/s。
2.GPRS接入
GPRS(通用分组无线业务)接入是在GSM网络基础上,通过新增数据设备来提供数据业务。新增的设备称为GPRS支持结点,分为GPRS服务支持结点(SGSN)和GPRS网关支持结点(GGSN)两种,它们对移动基站和外部分组网络间的数据分组进行路由和传输。GPRS系统本身采用IP网络结构,为用户分配独立地址,接入速率为115kbit/s。GPRS的组网结构如图8-23所示。
图8-23 GPRS的组网结构
GPRS移动台由移动设备和用户身份模块(Subscriber Identity Module,SIM)卡构成。GPRS移动台分为3种类型:类型A可同时连接GSM系统和GPRS系统,在两种系统间自动进行切换;类型B可监视所有的服务,但在同一时间只能运行一种服务;类型C终端支持GPRS和GSM两种业务,但某一时刻只能运行一种,且需要人工切换。(www.daowen.com)
基站(Base Transceiver Station,BTS)承担无线发射任务,它是一种微型智能收发信机,完成调制、解调、均衡、纠错和译码工作。基站管理着整个物理层和数据链路层,对于物理层中的时分多址TDMA、慢调频和编码,它要完成必要的无线测试,以便确定通信是否正常进行。基站并不直接进行这些检测,而是将其发送到基站控制器(Base Station Controller,BSC)中进行。对于数据链路层的管理也要与BSC合作,用来保证传输数据的可靠性。BTS与BSC之间的连接有不同的结构,一般BTS以星形方式或链接方式连向BSC。
基站控制器BSC是基站系统BSS(Base Station Sub-System)的智能中心,主要功能是管理无线资源。由它来控制信道的分配,通过BTS对信号实测后,控制移动台和BTS的发射功率,决定是否执行切换。BSC也是一个小交换机,它把局部网络汇集后接向移动通信交换中心(MSC)。
MSC也就是交换机,可以把固定用户的呼叫传递给移动用户,也可以传递短消息。它与访客位置寄存器VLR通信,以便用来管理用户的移动、鉴别一个访问用户的特征以及传递定位信息等。
HLR称为归属位置寄存器,是一个数据库,管理着每个用户的数据,其中存储着每个用户的特征数据,包括IMSI(国际移动用户标识号)用户的国际身份、MSISDN(移动用户ISDN)移动用户的ISDN号码以及附加业务授权和国际呼叫授权等用户概况。另外,HLR也是一个定位数据库,它为每个用户存储着访问位置寄存器的数据,这种定位是通过跨网移动台发射的信息来实现的。HLR可以是独立的,也可以是内置的。采用独立设备时,一台HLR能管理几十万用户。若采用内置的方式,HLR可以被装配在交换机中,用户数据也存储在交换机中,在存取时享有优先权,信令的交换也降至最低限度。
VLR(访客位置寄存器)也是一个数据库,存储着本地区动态用户的数据,这些数据与HLR的数据相似,但仅适用于在搜索区内的用户。VLR具有的定位信息比HLR中的更加确切。几个MSC可以连着同一个VLR,一般来说,它们都是独立的,但也有一些制造商把VLR安装在MSC中,简化了呼叫。
GPRS中还包括一个新的数据库称为GPRS寄存器,与GSM网络原有的归属位置寄存器(Home location register,HLR)放在一起,存储路由信息,并将国际移动用户标识号(Inter-national Mobile Subscriber Identity,IMSI)映射为分组数据网(Packet Data Network,PDN)地址。
SGSN为GPRS服务支持结点,它与基站控制器BSC相连,进行移动数据的管理,如用户身份识别以及加密操作。通过HLR进行用户数据库的访问及接入控制。通过GGSN提供IP数据包到无线单元的传输通路和协议变换等功能。另外还与移动交换中心以及短消息服务接口局相连,用来支持数据业务与电路业务的协同工作和短信的收发。
GGSN起到路由器的作用,负责GPRS网络与外部数据网的连接,它与其他相关网络单元设备协同工作,实现数据业务的接入和传送等功能。GGSN与SGSN之间采用GPRS通道协议(GPRS Tunnel Protocol,GTP)进行信息传输,与外部数据网之间的接口采用IP协议。
SMS-GMSC(短消息服务接口局)用来完成短消息的交换,采用的是分组交换技术。
PLMN(公共陆地移动通信网)是为公众提供陆地移动通信业务的网络,一般与公共交换电话网(PSTN)互连,形成整个地区或国家的通信网络。
3.CDMA1x接入
CDMA1x与GPRS类似,都是所谓的2.5G(二代半)技术,只是GPRS是对GSM移动网络的升级,而CDMA1x是对CDMA移动网络的升级,速率为153.6 kbit/s。
4.3G接入
3G(第三代移动通信)的宗旨是建立一个全球统一的多媒体移动通信网,它的最终目标概括为3点:首先,建立一个全球无缝覆盖的移动网络,可提供全球漫游业务;其次,支持宽带多媒体综合业务,其数据传输速率要求室内低速时为2 Mbit/s,室内/室外中速时为384 kbit/s,车载高速时为144 kbit/s,卫星环境下不小于9.6 kbit/s;第三,提供高服务质量和安全保密性能。
3G存在4种标准:CDMA 2000、WCDMA、TD-SCDMA和WiMAX。目前3G技术在中国正全面铺开,而且大都采用增强型接入技术。中国联通的WCDMA最高接入速率可达下行7.2 Mbit/s,上行5.76 Mbit/s。中国电信的CDMA2000最高接入速率为下行3.1 Mbit/s,上行1.8 Mbit/s。中国移动的TD-SCDMA最高接入速率为下行2.8 Mbit/s,上行384 kbit/s。这些速率都是理论值,在实际环境中可能会降低很多。
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