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ATM無線傳輸

2019-11-04 11:47:29
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供稿:網友

1引言

——異步傳送模式(ATM)是一種新的數據傳輸技術。其特點是統計復用、信元長度固定、虛通道(VP)與虛通路(VC)交換、帶寬的動態分配、能綜合多種業務。

——ATM技術和移動通信技術的結合形成無線ATM技術,無線異步傳送模式(WATM)實質上是將ATM網上寬帶業務延伸至無線移動網,把ATM無縫隙地擴展到移動通信終端。

——研究開發WATM,主要是基于(1)用戶對ATM/B-ISDN的無線接入的需求;(2)多媒體應用需要有支持多媒體技術的無線平臺;(3)通用移動通信系統和無線局域網(WLAN)不能滿足所有數據用戶的要求。

——WATM的總目標是設計整體的無線業務網絡,以相對透明的、無縫的、有效的方式,提供基于光纖的ATM網的無線業務延伸,系統應有業務等級、比特率和服務質量(QoS)控制的合理范圍。系統設計包括系統功能、提供的業務、支持環境和固定網絡接入。

——無線信道是時變、頻變信道,移動通信傳播損耗和多徑衰落,誤碼率高,傳輸速率受限,頻譜使用受限,因而以ATM為基礎,開發WATM工程還需要探索和解決很多新的問題。下表是ATM與WATM的比較。

ATM網絡設計思想WATM所需做的改善
*高可靠性(信元損耗10-8-10-4)*增加DLC層差錯控制和ARQ協議
*信元連接傳輸*增加信元序列代號
*定向連接、固定的虛擬路徑*維持定向連接的業務
*大容量干線上統計多路傳輸*在RF信道上實現統計多路傳輸
*網絡擁有VPI/VCI標志*改善VPI/VCI,便于選定基站、移動信道
*信元大小固定*信元大小可劃分
*呼叫連接控制功能*增加移動功能,如越區控制、位置治理、用戶鑒權、登記注冊、路由連接等
*光纖信道*優越調制技術、多址方式

2WATM的網絡結構與協議模型

——2.1網絡體系結構

——WATM網絡有兩種結構:

——(1)蜂窩式WATM結構。

——蜂窩式WATM結構如圖1所示,移動交換中心可與公用電話網、Internet網、B-ISDN等其他網絡互連。

ATM無線傳輸(圖一)



——(2)分布式WATM網絡結構

——分布式WATM網絡結構如圖2所示,各基站通過基站接口單元連接到城域網(MAN),移動交換功能由WATM交換機完成。

ATM無線傳輸(圖二)




——(3)WATM系統構成

——WATM系統主要由WATM終端、WATM終端適配器、WATM基站、移動ATM交換機、ATM網絡(固定的標準ATM網)和ATM主機(標準的ATM終端用戶設備及服務設備)組成。

——2.2WATM網絡概念

——WATM網絡包括無線接入層和移動ATM網絡兩大部分,如圖3所示。無線接入層是在無線鏈路上擴展ATM服務所必須的協議層,包括高速物理層(PHY),為多個終端共享信道的介質訪問層(MAC)和改善系統差錯特性的數據鏈路控制層(DLC)以及用于無線資源治理、總信令控制的無線控制。

ATM無線傳輸(圖三)



——移動ATM用于固定ATM網絡內,支持終端移動性所需的擴展功能,如位置治理、切換控制、處理選路變化和服務質量控制,這些功能可用作對現有PCN、蜂窩網、WLAN應用的互連基礎結構。

——2.3網絡協議參考模型

——ATM標準由用戶層、適配層、ATM層和物理層組成。WATM協議與標準ATM協議的差別,是在標準
ATM協議模型中增加了與無線信道有關的內容,如圖4所示。

ATM無線傳輸(圖四)



——ATM傳輸有兩個平面:(1)提供控制信令處理功能的控制平面(C平面),有呼叫和連接控制功能,為有效利用無線信道,基站設置無線信道控制器,與其有關的遠端交換和專用交換兩種協議結構,無線控制支持無線接入層的控制功能、支持與ATM網的結合。(2)提供用戶信息傳送功
能的用戶平面(U平面),U平面有本地WATM和互連WATM兩種協議結構。

3WATM網絡中的差錯控制

——ATM是一種基于異步時分復用的傳輸方式,為高傳輸速率和低誤碼率的光纖信道而設計的,無線信道的多路徑和時變特性限制了無線鏈路中的傳輸速率,誤碼率高且呈突發型分布,因此需采用差錯控制來提高物理層的傳輸性能。

——3.1信元頭差錯控制(HEC):用循環冗余校驗(CRC)對ATM信元頭進行保護;包括4Byte的頭信息和1Byte的CRC,CRC(40,32)保證正確的路由選擇和信元定界(CD功能)。

——3.2正向糾錯(FEC):強糾錯能力的FEC是優化WATM系統性能的重要環節;對功率受限的信道,用較低的編碼效率,以得到較高的編碼增益;對帶寬受限的信道,則使用較高的編碼效率,達到較高的傳輸速率。實現FEC用RS碼(作外碼)和卷積碼(作內碼)級聯,性能改善明顯,實現也簡單。

——3.3交織糾錯:WATM的交織分兩部分,(1)信道交織,用于存在突發錯誤的信道,交織長度的選擇依靠于突發性差錯特性和信元傳送延時要求。(2)ATM交織,使FEC解碼后產生的突發性差錯隨機變化,可使用交織長度較短的、簡單的卷積交織器。

——3.4自動請求重發(ARQ):用于保證可靠傳輸,且對延時和延時抖動不敏感的業務,在WATM中,使用ARO比較合適。

——3.5一種適用于WATM的差錯控制如圖5所示。

ATM無線傳輸(圖五)




4WATM信元及其傳輸

——4.1WATM信元結構

——無線網絡使用兼容ATM的信元轉換格式如圖3所示。WATM信元傳輸具有四個特點:(1)除信頭差錯控制(HEC)外,要求信元頭和用戶信息的傳輸盡可能透明;(2)系統容量不大時,信元頭中的VPI/VCI可以壓縮;(3)信元頭附加的無線頭、無線尾,增加FEC、CRC。(4)在比特差錯率較差的情況下,采用ARQ技術。

——定時信息的傳遞有兩種方式:(1)基于信元,WATM信元直接在傳輸系統的比特流上發送;(2)基于SDH,信元被寫入字節流,定時和同步功能由SDH系統執行。

——4.2調制與多址方式

——調制與多址方式是影響移動通信傳輸效率的重要因素,優選調制方式既要占用的RF帶寬窄,又要高效利用頻帶。WATM可采用擴頻調制。

——介質訪問控制層需要由多終端設備支持無線信道共享,MAC協議分固定分配隨機接入、集中控制按需分配、分布控制按需分配以及自適應方案、混合模式。可能采用的MAC技術包括分組預定多址、動態TDMA和CDMA。當物理導采用擴頻調制時,CDMA便成為MAC層的基本多址協議。由于CDMA工作于“分享資源”分組模式,因而對多業務結構非常合適,非凡是分組CDMA,每個終端用一個適當選擇的CDMA碼發送,不需要基站協調。

——4.3WATM中VP/VC的無線控制

——ATM中的VP/VC(虛擬路徑/虛擬電路)的概念是以固定點、終端點為基礎的,WATM網絡研究大部分局限于具有無線入口鏈路的集中式結構。該網絡的中心交換機為整個系統提供集中式信元路由選擇和移動性治理。

——考慮到用戶的移動性和WATM通信鏈路更易出錯的特性。因此,以圖6所示的網絡,說明VP/VC在WATM網絡中的新概念。網絡中基站和移動臺都以雙工方式工作。
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ATM無線傳輸(圖六)




5結束語

——WATM協議在ATM協議基礎上,增加了與無線信道傳輸有關的內容;物理層采用抗干擾、抗衰落的擴頻調制,可對抗無線信道的多路徑效應,降低數據傳輸的碼間干擾,提高數據傳輸速率。介質訪問控制層選用碼分多址方式??蓪崿F多終端設備無線信道共享,增強綜合業務能力。數據鏈路層采用合適的差錯控制技術,可克服移動信道高噪聲、高誤碼率的缺點,獲得合理的服務質量。選擇ATM信令協議的擴展和合適的無線控制層,可完成終端移動控制、切換控制、無線資源治理、處理路由變化和移動連接。使ATM有效地擴展到移動服務。隨著應用的推廣,暴露出ATM流量治理不可能既提供優質服務保證。又有滿足的統計時分復用效果等問題,WATM更有根多技術難題尚待深入研究。

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