4.5 PSTN与移动通信系统的互连

公共电信网（PSTN）与移动通信系统互连不仅大大扩展了通信的服务范围，而且在SIM卡基础上可实现漫游，它标志着用户可以从一个网络自动进入另一个网络，全球移动通信系统可以提供全球漫游。

4.5.1 无线接入网

无线接入是指从公用电信网的交换结点到用户终端的全部或部分采用无线手段接入技术，即用无线传输代替接入网的全部或部分，向用户终端提供电话和数据服务。

无线接入网又称无线本地环路（WLL），标准无线本地环路结构如图4-12所示。它由无线基站和用户单元组成。无线基站包括基站收发信机、基站控制器，它提供一个面向程控交换机的标准网络接口（V5接口）和面向用户侧的空中接口，并完成无线接口的认证和加密、无线资源管理、用户单元登记、路由选择、计费、维护、协议转换、语言与数字的代码转换等功能。用户单元包括收发信机并提供一个面向基站的无线接口和面向用户的传统接口（如RJ-11、RJ-45等）。通过这些接口实现协议转换、代码转换、认证、本地供电等功能。

图4-12 无线接入网结构

交换机与基站之间用数字传输系统（光纤、电缆或微波）相连。基站把网络接口送来的数字信号转换成数字空中接口信号。

用户单元把基站送来的无线信号，将其转换成模拟信号或标准数字信号，再用有线手段与用户终端连接。

为解决语音和数据的综合接入，无线传输接入系统需要同时具备语音和数据的传输能力及相应接口。

无线宽带网络拓扑结构分为点到点和一点对多点两种方式。点到点结构的链路独立，网络规划简单，可以代替昂贵的专线为远程办公提供及时链路；但是只要有一个点出故障，链路就会中断。一点到多点可以把业务集中到基站再汇入核心网，结构简单、效率较高；但基站的位置的选择非常关键，基站成本也相对较高。

针对楼宇间连接的不同需求，实现最有效且经济的无线宽带接入方案是结合两者的优势，在单独楼宇之间选用点到点结构；再在用户密集区选用点到多点结构进行大范围组网，频段可以选择可靠性高、运行速度快、维护简单、成本较低的5.8GHz的频段。

1.单中心站的一点对多点接入方案

图4-13是单中心站的一点对多点接入方案，在局端机房中建立一个中心基站，中心基站设备可采用美国西方多路公司的MP20和MP60基站单元（BSU），每个中心基站最多可接6个基站单元（BSU），实行360°（6×60°，每个基站单元可覆盖60°的扇区）的全向覆盖。每个中心基站容量高达360Mbit/s（6×60Mbit/s）。中心基站与远端用户单元SU（每个基站单元最大可有10个SU）进行无线连接，用户单元可以选用60Mbit/s或20Mbit/s的用户端无线网桥设备（可视用户端接入速率要求而定）。在局端设备配置VOIP语音网关设备的前提下也可以实现点对点语音接入。

图4-13 单中心站的一点对多点接入方案

由于FCC（美国联邦通信委员会）对5.8GHz（5725～5850MHz）频段的具体规定和限制比较少，给研制者提供了较为自由的创意空间，可以选用多种网络结构和技术体制。突破一些矛盾的焦点，在更高的层次上进行融合、兼顾和折衷，而不是一味地追求高、精、尖、新，从而获得更高的性能价格比和用户满意度。

2002年7月，我国信息产业部颁发了《使用5.8GHz频段频率的通知》，作为点对点或一点对多点扩频通信系统、高速无线局域网、宽带无线接入系统、蓝牙技术设备及车辆无线自动识别系统等使用的共用频段，为5.8GHz宽带无线接入在我国正式商用打开了通道。

5.8GHz宽带无线接入系统能够提供的业务包括高速Internet接入、IP电话、视频监控、网吧专线、视频会议、企业局域网等。

1）组网方式：可采用蜂窝结构，每个蜂窝最多可分为6个扇区，每个扇区覆盖60°；也可组成一点对多点结构，相当于单独一个扇区。

2）系统构成：

①基站：每个基站可由一个或多个接入点组成，每个接入点有独立的收发信系统，每个基站配备一套ATM/Ethernet交换机和一台控制服务器。

②用户单元：即远端站，一个接入点最多可带254个用户单元，而每个用户单元又可带许多用户终端。

③网络管理系统：由网元管理服务器、网络管理终端和网络管理软件组成，网管协议采用SNMP（简单网络管理协议）。

3）系统特点：

①具有中心网管系统。

②提供ATM25或Ethernet10Base-T接口。

③动态调整的TDD（时分双工）双工方式，频谱利用率高、信道利用率高、适合于上/下行对称或非对称的通信业务。

④微小时间片的TDMA多址方式，可以根据每个用户单元的优先级和各个业务的优先级，动态调整分配给各用户单元的ATM信元数，实现自适应按需分组，从而提高信道利用率。

⑤空间传输以ATM信元为单位，一个接入点所辖所有用户单元所占用的信元数决定了这些用户单元所拥有的速率。

⑥用户单元为全户外型设计，结构紧凑，便于安装，具有抗恶劣环境的能力。

⑦整个系统开通便捷、维护容易。

4）主要技术指标：

①工作频段：5.725～5.825GHz。

②频道间隔：15MHz。

③双工方式：TDD。

④多址方式：TDMA。

⑤调制方式：相干QPSK。

⑥EIRP（等效全向辐射功率）：≤32.5dBm（发射功率为14.5dBm，天线增益为18dB）。

⑦接收门限（BER=10^-4、SNR=14.4dB时）：-81.6dBm。

⑧中频频率：902.5MHz。

⑨传输速率：每扇区的上、下行总速率各为25Mbit/s。

⑩覆盖半径：空间传输衰耗并非主要限制因素，而由于TDD保护时间和时延补偿的限制，典型设置为5.5km。

(11)天线：接入点使用平板阵列天线，半功率角为水平60°、垂直7°，增益18dBi，极化软件可调；用户单元使用平板阵列天线，半功率角为水平18°、垂直18°，增益18dBi，极化软件可调。

(12)接口：接入点为ATM25或Ethernet 10Base-T；空中接口为自适应按需分组的ATM信元；用户单元为ATM25或Ethernet 10Baste-T。

(13)环境条件：接入点设备和用户单元均安装于室外，工作温度为-40～+55℃，允许最高相对湿度为95%（+45℃时），允许最大风力为50m/s。

2.多中心站（蜂窝站）的一点对多点接入方案

大区域覆盖时，可以采用多中心站（蜂窝站）形式组建一点对多点的宽带接入网。在市区某些适当位置的高层建筑中建立多个蜂窝基站，蜂窝基站之间以光纤网络相连，形成市区的全面覆盖、多点接入。图4-14是多中心站（蜂窝站）的一点对多点接入方案的网络拓扑图。

图4-14 多中心站（蜂窝站）的一点对多点接入方案

多蜂窝站网络可以选用具有符合运营级别的网络管理系统，便于运营商接入整个无线传输系统，实现网络管理。

4.5.2 AP无线访问接入点

AP（Access Point）是无线访问节点的简称，主要在媒体访问控制层（Media Access Control，MAC）中扮演无线工作站与有线局域网络之间连接的桥梁。AP是一个具备无线收发功能的集线器，是有线通信网络通信的延伸，可为多台无线上网设备提供一个对话交汇点。

无线AP是一个含义很广的名称，它不仅包含单纯的无线访问接入点，同样也是无线路由器等设备的统称。为了区别这两类设备，一般把只具备AP功能的设备称为无线AP，把具备路由器功能的AP称为无线路由器。

1.无线AP的功能

无线AP有中继功能、桥接功能、链接功能等三项重要功能：

（1）中继功能。所谓中继就是在两个无线结点间放大无线信号，使处在信号微弱地区的客户端可以接受到更强的无线信号。例如，在a点放置一个AP，而在c点有一个客户端，之间有120m的距离，从a点到c点信号已经削弱很多，于是在中途60m处的b点放一个AP作为中继，这样c点的客户端的信号就可以有效地增强，保证了传输速度和信号的稳定性。

（2）桥接功能。桥接就是链接两个端点，要把两个有线局域网连接起来，可通过AP来桥接。例如，在a点有一个15台计算机组成的有线局域网，b点有一个25台计算机组成的有线局域网，但是ab两点的距离很远，超过了五类双绞线100m的极限传输距离，通过有线连接已不可能，这就需要在a点和b点各设置一个AP，开启AP桥接功能，这样ab两点的局域网就可以互相传输数据了。没有WDS（无线热点分布系统）功能的AP，桥接后两点是没有无线信号覆盖功能的。

（3）链接功能。链接功能是指“主从模式”的AP，此模式下工作的AP，无线路由或主AP是一点，AP的客户端是多点，实现一点对多点的连接。这个功能常被应用在无线局域网和有线局域网的连接。例如，a点是一个20台计算机组成的有线局域网，b点是一个15台计算机组成的无线局域网，b点已经有一台无线路由，如果a想接入b，则在a点加一个AP，并开启主从模式，把AP接入a点的交换机，这样所有a点的计算机就可以连接到b点了。图4-15是AP无线访问接入点的链接功能。

图4-15 AP无线访问接入点的链接功能

2.无线AP+无线网卡

无线网卡是客户端（台式PC或便携式计算机）与AP进行无线通信的基本装置，利用无线AP把配有无线网卡的终端接入局域网。

如果把无线网卡比作有线网络中的以太网卡，那么AP相当于一个连接有线网和无线网的桥梁，其主要作用是将各个无线网络的客户端连接在一起，然后将连接在一起的无线网络客户端接入以太网。

AP的室内覆盖范围一般是30～100m，根据面积和开放程度可配置多个AP，以增加WLAN无线局域网的覆盖面积。也正因为每个AP的覆盖范围都有一定的限制，正如手机可以在基站之间漫游一样，无线局域网的用户端也可以在AP之间漫游。一个AP能够支持多达80个终端接入。

无线AP都支持多用户接入、数据加密、多速率发送等功能，一些产品更提供了完善的无线网络管理功能。对于家庭、办公室这样的小范围无线局域网而言，一般只需一台无线AP即可实现所有计算机的无线接入。

3.无线AP与无线路由器

单纯型无线AP由于缺少路由功能，仅提供无线信号发射功能。它的工作原理是将通过双绞线传送过来的网络信号，经无线AP的编译，将网络信号转换成为无线信号发送出去，形成无线网络覆盖的无线AP，它是移动终端用户进入有线网络的接入点，主要用于家庭宽带、企业内部网络部署等。主要技术为802.11x系列。

扩展型无线AP就是常说的无线路由器。顾名思义无线路由器就是带有无线覆盖功能的路由器，为用户上网和无线覆盖提供无线路由功能。无线路由器可以实现家庭无线网络中的Internet连接共享，也能实现ADSL和小区宽带的无线共享接入。通过无线路由器可以把无线和有线连接的终端分配到一个子网，子网内的各种设备可以方便地实行交换数据。

无线AP与无线路由器从外观上来看，两者基本相似，不易分辨。不过它们的接口不同。单纯型无线AP通常有一个连接有线网的RJ-45网口、一个电源接口和一个配置口（USB口或通过WEB界面配置），指示灯较少；而无线路由器则多了4个有线网口，除了一个WAN口用于连接上级网络设备外，四个LAN有线网口可以连接内网中的计算机。

4.WDS功能

WDS即无线热点分布系统，它是无线AP和无线路由中的一个特别功能，即AP中继加桥接功能，可以支持4～8个无线设备通信，也可以起到放大信号的作用。WDS是一个非常实用的功能，比如有三户邻居，每户都有一个支持WDS的无线路由器或AP，这样无线信号可以在这三户同时覆盖，使得相互的通信更加方便。

4.5.3 Wi-Fi无线联网技术

“无线保真”（Wireless Fidelity，Wi-Fi），俗称无线宽带，属无线局域网范畴。实质上Wi-Fi是一种商业认证，也是一种短程无线传输技术，能够在数百英尺范围内支持接入互联网。

Wi-Fi是一种帮助用户访问电子邮件、Web和流式媒体的互联网技术。它为用户提供了无线的宽带互联网访问。同时，它也是在家、办公室或旅途中上网的快速、便捷途径。

随着技术的发展，IEEE 802.11a、IEEE 802.11g等无线局域网标准的颁布实施，IEEE 802.11无线局域网标准系列已被统称作Wi-Fi标准。从应用层面来说，使用Wi-Fi标准的用户首先要有Wi-Fi兼容的用户端装置。

Wi-Fi或IEEE 802.11g工作在2.4GHz频段，支持的最高速率为54Mbit/s（IEEE 802.11n工作在2.4GHz或者5.0GHz，最高速率为600Mbit/s），世界上最为常用。

在Wi-Fi无线路由器电波覆盖的有效范围内，都可以采用Wi-Fi连接方式进行联网，如果这个无线路由器连接了一条ADSL线路或其他的上网线路，则被称为“热点”。

Wi-Fi热点这个访问点将无线信号通过短程进行传输，一般覆盖300ft（1ft=0.3048m，约100m）。当一台支持Wi-Fi的设备（如便携式计算机）遇到一个热点时，这个设备可以用无线方式连接到网络。大部分热点都位于供大众访问的地方，例如，机场、咖啡店、旅馆、书店以及校园等。许多家庭和办公室也拥有Wi-Fi网络。虽然有些热点是免费的，但是大部分稳定的公共Wi-Fi网络是由私人互联网服务提供商（ISP）提供的，因此会在用户连接到互联网时收取一定费用。

1.Wi-Fi的优势

（1）无线电波的覆盖范围大。Wi-Fi使用开放的2.4GHz直接序列扩频传输协议网络。传输范围为：室外最大300m，室内有障碍的情况下最大100m。

最近，由Vivato公司推出的一款新型产品，据悉，该款产品能够把目前Wi-Fi无线网络300ft的通信距离扩大到4mile（1mile=1609.344m，约6.5km）。

（2）传输速度非常快。计算机安装使用的无线网卡标准不同，Wi-Fi的速度也有所不同。其中IEEE 802.11b网卡的最高速率为11Mbit/s（部分厂商在设备配套的情况下可以达到22Mbit/s），IEEE 802.11a网卡的最高速率为54Mbit/s，IEEE 802.11g也是54Mbit/s（Netgear SUPER G技术可以将速度提升到108Mbit/s，802.11n网卡不向下兼容Netgear SUPER G）。

（3）进入该领域的门槛比较低。厂商只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较密集的公共场所设置“热点”，并通过高速线路将因特网接入，用户即可进入高速因特网。也就是说，厂商不用耗费资金进行网络布线接入，可节省大量投资成本。图4-16是计算机连接无线网常用的两种网卡。

图4-16 计算机用的两种网卡

a）USB无线网卡 b）台式机或便携式计算机的无线网卡

（4）无需布线。Wi-Fi最主要的优势之一是不需要布线，可以不受布线条件的限制，因此非常适合移动办公用户的需要。

（5）健康安全。IEEE 802.11规定的发射功率不可超过100mW，实际发射功率约60～70mW，这是一个什么样的概念呢？手机的发射功率约为200mW以上，手持式对讲机高达1W以上。而且无线网络使用方式并非像手机直接接触人体，是绝对安全的。

2.Wi-Fi无线网络组建方法

架设Wi-Fi无线网络的基本配置是无线网卡及一台AP，配合既有的有线架构来分享网络资源。架设费用和复杂程度远低于传统的有线网络。如果只是几台计算机的对等网，也可不要AP，只需要每台计算机配备无线网卡。图4-17是Wi-Fi无线网络的基本配置。

无线工作站可以快速、轻易地与网络相连，Wi-Fi更显优势。有线宽带网络（ADSL、LAN等）到户后，连接到一个AP，然后在计算机中安装一块无线网卡即可。普通家庭有一个AP已经足够，甚至用户的邻里得到授权后，则无需增加端口，也能以共享方式上网。因此，任何一台装有无线网卡的PC均可透过AP去分享有线局域网络或互联网的资源。其工作原理相当于一个内置无线发射器的Hub或路由器，无线网卡是负责收发由AP无线接入点信号的用户端设备。

图4-17 Wi-Fi无线网络的基本配置

无线Wi-Fi的工作距离虽然不大，在网络建设完备的情况下，802.11b室内的真实工作距离可以达到100m以上。高速移动时数据的纠错问题、误码问题和Wi-Fi设备的安全认证都已得到了很好地解决。

随着无线产业从802.11g到下一代802.11n标准的演变，越来越多的产品开始采用功能强大的802.11n技术，因为它能提供更快、更可靠的无线连接。802.11n平台的速度比802.11g快7倍，比以太网快3倍。它具有更大的覆盖范围，可以在整个家庭内提供健壮的连接，即使是各个角落也游刃有余。由于它具有很大的带宽，所以802.11n是首个能够同时承载高清视频、音频和数据流的无线多媒体分发技术。802.11n产品还提供双频（2.4GHz和5.0GHz）并发操作，因此能为宽带多媒体应用提供更多的信道容量。

如今许多用户拥有数字电影、电视片、音乐和照片库，非常希望能够从家庭中的任何地方通过无线设备访问这些媒体内容。802.11n不仅支持多个并发用户和设备，而且它的超强功能可保证服务质量，提供智能的内容管理和发布。

由于Wi-Fi的频段在世界范围内是无需任何电信运营执照的免费频段，所以WLAN无线设备提供了一个世界范围内可以使用的、费用极其低廉且数据带宽极高的无线空中接口。

在Wi-Fi覆盖区域内，还能为用户提供快速浏览网页，随时随地接听拨打电话、收发电子邮件、音乐下载、数码照片传递等，无需担心速度慢和花费高的问题。

Wi-Fi在掌上设备上的应用越来越广泛，而智能手机就是其中一份子。与早前应用于手机上的蓝牙技术不同，Wi-Fi具有更大的覆盖范围和更高的传输速率，因此，Wi-Fi手机成为了目前移动通信业界的时尚潮流。

据上海《解放日报》报道，至2010年年底，上海电信Wi-Fi热点已遍布上海，无线医疗已渐成趋势，开启了商圈的智慧大门……，“无线城市”的各种应用已一应俱全。