ATM无线传输

2019-11-04 11:47:29

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供稿：网友

1引言

——异步传送模式（ATM）是一种新的数据传输技术。其特点是统计复用、信元长度固定、虚通道（VP）与虚通路（VC）交换、带宽的动态分配、能综合多种业务。

——ATM技术和移动通信技术的结合形成无线ATM技术，无线异步传送模式（WATM）实质上是将ATM网上宽带业务延伸至无线移动网，把ATM无缝隙地扩展到移动通信终端。

——研究开发WATM，主要是基于（1）用户对ATM／B-ISDN的无线接入的需求；（2）多媒体应用需要有支持多媒体技术的无线平台；（3）通用移动通信系统和无线局域网（WLAN）不能满足所有数据用户的要求。

——WATM的总目标是设计整体的无线业务网络，以相对透明的、无缝的、有效的方式，提供基于光纤的ATM网的无线业务延伸，系统应有业务等级、比特率和服务质量（QoS）控制的合理范围。系统设计包括系统功能、提供的业务、支持环境和固定网络接入。

——无线信道是时变、频变信道，移动通信传播损耗和多径衰落，误码率高，传输速率受限，频谱使用受限，因而以ATM为基础，开发WATM工程还需要探索和解决很多新的问题。下表是ATM与WATM的比较。

ATM网络设计思想WATM所需做的改善
*高可靠性（信元损耗10-8-10-4）*增加DLC层差错控制和ARQ协议
*信元连接传输*增加信元序列代号
*定向连接、固定的虚拟路径*维持定向连接的业务
*大容量干线上统计多路传输*在RF信道上实现统计多路传输
*网络拥有VPI／VCI标志*改善VPI／VCI，便于选定基站、移动信道
*信元大小固定*信元大小可划分
*呼叫连接控制功能*增加移动功能，如越区控制、位置治理、用户鉴权、登记注册、路由连接等
*光纤信道*优越调制技术、多址方式

2WATM的网络结构与协议模型

——2.1网络体系结构

——WATM网络有两种结构：

——（1）蜂窝式WATM结构。

——蜂窝式WATM结构如图1所示，移动交换中心可与公用电话网、Internet网、B-ISDN等其他网络互连。

ATM无线传输（图一）

——（2）分布式WATM网络结构

——分布式WATM网络结构如图2所示，各基站通过基站接口单元连接到城域网（MAN），移动交换功能由WATM交换机完成。

ATM无线传输（图二）

——（3）WATM系统构成

——WATM系统主要由WATM终端、WATM终端适配器、WATM基站、移动ATM交换机、ATM网络（固定的标准ATM网）和ATM主机（标准的ATM终端用户设备及服务设备）组成。

——2.2WATM网络概念

——WATM网络包括无线接入层和移动ATM网络两大部分，如图3所示。无线接入层是在无线链路上扩展ATM服务所必须的协议层，包括高速物理层（PHY），为多个终端共享信道的介质访问层（MAC）和改善系统差错特性的数据链路控制层（DLC）以及用于无线资源治理、总信令控制的无线控制。

ATM无线传输（图三）

——移动ATM用于固定ATM网络内，支持终端移动性所需的扩展功能，如位置治理、切换控制、处理选路变化和服务质量控制，这些功能可用作对现有PCN、蜂窝网、WLAN应用的互连基础结构。

——2.3网络协议参考模型

——ATM标准由用户层、适配层、ATM层和物理层组成。WATM协议与标准ATM协议的差别，是在标准
ATM协议模型中增加了与无线信道有关的内容，如图4所示。

ATM无线传输（图四）

——ATM传输有两个平面：（1）提供控制信令处理功能的控制平面（C平面），有呼叫和连接控制功能，为有效利用无线信道，基站设置无线信道控制器，与其有关的远端交换和专用交换两种协议结构，无线控制支持无线接入层的控制功能、支持与ATM网的结合。（2）提供用户信息传送功
能的用户平面（U平面），U平面有本地WATM和互连WATM两种协议结构。

3WATM网络中的差错控制

——ATM是一种基于异步时分复用的传输方式，为高传输速率和低误码率的光纤信道而设计的，无线信道的多路径和时变特性限制了无线链路中的传输速率，误码率高且呈突发型分布，因此需采用差错控制来提高物理层的传输性能。

——3.1信元头差错控制（HEC）：用循环冗余校验（CRC）对ATM信元头进行保护；包括4Byte的头信息和1Byte的CRC，CRC（40，32）保证正确的路由选择和信元定界（CD功能）。

——3.2正向纠错（FEC）：强纠错能力的FEC是优化WATM系统性能的重要环节；对功率受限的信道，用较低的编码效率，以得到较高的编码增益；对带宽受限的信道，则使用较高的编码效率，达到较高的传输速率。实现FEC用RS码（作外码）和卷积码（作内码）级联，性能改善明显，实现也简单。

——3.3交织纠错：WATM的交织分两部分，（1）信道交织，用于存在突发错误的信道，交织长度的选择依靠于突发性差错特性和信元传送延时要求。（2）ATM交织，使FEC解码后产生的突发性差错随机变化，可使用交织长度较短的、简单的卷积交织器。

——3.4自动请求重发（ARQ）：用于保证可靠传输，且对延时和延时抖动不敏感的业务，在WATM中，使用ARO比较合适。

——3.5一种适用于WATM的差错控制如图5所示。

ATM无线传输（图五）

4WATM信元及其传输

——4.1WATM信元结构

——无线网络使用兼容ATM的信元转换格式如图3所示。WATM信元传输具有四个特点：（1）除信头差错控制（HEC）外，要求信元头和用户信息的传输尽可能透明；（2）系统容量不大时，信元头中的VPI／VCI可以压缩；（3）信元头附加的无线头、无线尾，增加FEC、CRC。（4）在比特差错率较差的情况下，采用ARQ技术。

——定时信息的传递有两种方式：（1）基于信元，WATM信元直接在传输系统的比特流上发送；（2）基于SDH，信元被写入字节流，定时和同步功能由SDH系统执行。

——4.2调制与多址方式

——调制与多址方式是影响移动通信传输效率的重要因素，优选调制方式既要占用的RF带宽窄，又要高效利用频带。WATM可采用扩频调制。

——介质访问控制层需要由多终端设备支持无线信道共享，MAC协议分固定分配随机接入、集中控制按需分配、分布控制按需分配以及自适应方案、混合模式。可能采用的MAC技术包括分组预定多址、动态TDMA和CDMA。当物理导采用扩频调制时，CDMA便成为MAC层的基本多址协议。由于CDMA工作于“分享资源”分组模式，因而对多业务结构非常合适，非凡是分组CDMA，每个终端用一个适当选择的CDMA码发送，不需要基站协调。

——4.3WATM中VP／VC的无线控制

——ATM中的VP／VC（虚拟路径／虚拟电路）的概念是以固定点、终端点为基础的，WATM网络研究大部分局限于具有无线入口链路的集中式结构。该网络的中心交换机为整个系统提供集中式信元路由选择和移动性治理。

——考虑到用户的移动性和WATM通信链路更易出错的特性。因此，以图6所示的网络，说明VP／VC在WATM网络中的新概念。网络中基站和移动台都以双工方式工作。
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ATM无线传输（图六）

5结束语

——WATM协议在ATM协议基础上，增加了与无线信道传输有关的内容；物理层采用抗干扰、抗衰落的扩频调制，可对抗无线信道的多路径效应，降低数据传输的码间干扰，提高数据传输速率。介质访问控制层选用码分多址方式。可实现多终端设备无线信道共享，增强综合业务能力。数据链路层采用合适的差错控制技术，可克服移动信道高噪声、高误码率的缺点，获得合理的服务质量。选择ATM信令协议的扩展和合适的无线控制层，可完成终端移动控制、切换控制、无线资源治理、处理路由变化和移动连接。使ATM有效地扩展到移动服务。随着应用的推广，暴露出ATM流量治理不可能既提供优质服务保证。又有满足的统计时分复用效果等问题，WATM更有根多技术难题尚待深入研究。

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