無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)分析與探討

陳　智

摘要：經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展與應(yīng)用，多種的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸應(yīng)用于各個(gè)不同的領(lǐng)域中，隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展這幾種不同的標(biāo)準(zhǔn)不單套在各自的領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，而且它們正逐漸慢慢容合起來(lái)，組成一個(gè)全新的無(wú)殘局城網(wǎng)，并對(duì)這幾種無(wú)線局網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行分析與比對(duì)。

關(guān)鍵詞：IEEE 802.11；OFDM-MIMO；IEEE802.16e；WIMAX藍(lán)牙

中圖分類號(hào)：TP393.17

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-3198(2009)08-0257-02

1各種無(wú)線局域網(wǎng)的技術(shù)應(yīng)用與分析

1.1藍(lán)牙技術(shù)Bluetooih

藍(lán)牙技術(shù)是Ericsson移動(dòng)通信公司在1994年開(kāi)始啟動(dòng)。是一種傳輸范圍約為10m左右的開(kāi)放性的、短距離無(wú)線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它可以在較小的范圍內(nèi)通過(guò)無(wú)線連接的方式實(shí)現(xiàn)固定設(shè)備以及移動(dòng)設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)互連，可以在各種數(shù)字設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)靈活、安全、低成本、小功耗的話音和數(shù)據(jù)通信。藍(lán)牙系統(tǒng)一般由天線單元、鏈路控制(同件)單元、鏈路管理(軟件)單元和藍(lán)牙軟件(協(xié)議棧)單元四個(gè)功能單元組成。藍(lán)牙的天線部分體積十分小巧、重量輕，屬于微帶天線；目前藍(lán)牙產(chǎn)品的鏈路控制硬件單元包括3個(gè)集成芯片。連接控制器、基帶處理器以及射頻傳輸／接收器，此外還使用了3－5個(gè)單獨(dú)調(diào)諧元件，基帶鏈路控制器負(fù)責(zé)處理基帶協(xié)議和其它一些低層常規(guī)協(xié)議，鏈路管理軟件模塊攜帶了鏈路的數(shù)據(jù)設(shè)置、鑒權(quán)、鏈路硬件配置和其它一些協(xié)議，LM能夠發(fā)現(xiàn)其他遠(yuǎn)端LM并通過(guò)鏈路管理協(xié)議LMP(link Mausger Protocol)與之通信；藍(lán)牙的軟件(協(xié)議找)是一個(gè)獨(dú)立的操作系統(tǒng)，不與任何操作系統(tǒng)捆綁，它符合已經(jīng)制定好的藍(lán)牙規(guī)范。藍(lán)牙系統(tǒng)的通信協(xié)議大部分可用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，加載到Flash RAM中即可進(jìn)行工作。

1.2早期IEE802.11a／b

IEEE802.11是IEEE于97年推出的WLAN的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，主要用于解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中，用戶與用戶終端的無(wú)線接入，業(yè)務(wù)主要限于數(shù)據(jù)存取，速率最高只能達(dá)到2Mb／s由于IEEE802.11在速率和傳輸距離上都不能滿足人們的需要。因此，IEEE小組又相繼推出了IEEE802.11b和IEEE802.11a兩個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)。三者之間技術(shù)上的主要差別在于MAC子層和物理層。IEEE802.11b物理層支持5.5Mb／s和11Mb／s兩個(gè)新速率，采用一種新的調(diào)制技術(shù)CCK(Complementsry Code Keying)完成。IEEE802.11b使用動(dòng)態(tài)速率漂移可因環(huán)境變化。在11Mb／s、5.5Mb／s、2Mb／s、1Mb／s之間切換，且在2Mb／s、iMb／s速率時(shí)與IEEE802.11兼容。IEEE802.11a工作在5GHz U－NH頻帶物理層速率可達(dá)54mb／s，傳輸層達(dá)25Mb／s。采用正交頻分復(fù)用(Orthogonsl Frequency Division Multiplexing，OFDM)的獨(dú)特?cái)U(kuò)頻技術(shù)；可提供25Mb／s的無(wú)線ATM接口和10Mb／s的以太網(wǎng)無(wú)線幀結(jié)構(gòu)接口，以及TDD／TDMA的空中接口；支持語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像業(yè)務(wù)；一個(gè)扇區(qū)可接入多個(gè)用戶，每個(gè)用戶可帶多個(gè)用戶終端。

1.3IEEE802.11g、IEEE802.11n技術(shù)

1.3.1IEEE802.11g

隨著技術(shù)及市場(chǎng)的快速發(fā)展。IEEE組織于2003年6月12號(hào)正式批準(zhǔn)了更為高速的無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)－IEEE 802.11g。最新批準(zhǔn)的IEEE 802.11g有兩個(gè)最為主要的特征：高速率和兼容802.11b。高速率是由于其采用于OFDM調(diào)制技術(shù)可得到高達(dá)54Mbps的數(shù)據(jù)通信帶寬，兼容802.11b是由于其仍然工作在2.4GHz并且保留了IEEE 802.11b所采用的CCK技術(shù)，并采用了一個(gè)“保護(hù)”機(jī)制、因此可與802.11b的產(chǎn)品保持兼容。盡管802.11b和802.11g的設(shè)備都是工作在2.4GHz，但是它們采用了不同的調(diào)制技術(shù)：802.11b設(shè)備采用了CCK(ComplementaryCode Keying)而802.11g采用了OFDM(Orthogonal Fre-quency Division Multiplexing)技術(shù)。

1.3.2新興的802.11n

新興的802.11n標(biāo)準(zhǔn)具有高達(dá)600 Mbps的速率，是下一代的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可提供支持對(duì)帶寬最為敏感的應(yīng)用所需的速率、范圍和可靠性。802.11n結(jié)合了多種技術(shù)，其中包括spatial Multiplexing MIMO(Multi－In，Multi－Out)(空間多路復(fù)用多人多出)、20和40MHz信道和雙頻帶(2.4GHz和5GHz)，以便形成很高的速率，同時(shí)又能與以前的IEEE 802.11b／g設(shè)備通信。

2實(shí)高速無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1OFDM技術(shù)

OFDM系統(tǒng)是將所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)符號(hào)并行調(diào)制在相互之間重疊正交的多個(gè)子載波上來(lái)傳輸，一方面數(shù)據(jù)符號(hào)串并變換會(huì)使每個(gè)子載波上的符號(hào)周期相對(duì)地增長(zhǎng)，可以最大限度地減輕由無(wú)線信道的多徑時(shí)延擴(kuò)展所產(chǎn)生的時(shí)間彌散性對(duì)系統(tǒng)造成的影響，避免頻率選擇性衰落，另一方面，子載波之間正交?？梢杂行Ю脦挘岣呦到y(tǒng)容量?？偟貋?lái)說(shuō)OFDM具有抗多徑避免頻率選擇性衰落和頻譜利用率高等優(yōu)點(diǎn)。

2.2OFDM基本原理

OFDM(正交頻分復(fù)用)是多載波調(diào)制技術(shù)的一種。多載波調(diào)制本質(zhì)上是一種頻分復(fù)用技術(shù)，它早在19世紀(jì)以前就已經(jīng)被提出。頻分復(fù)用技術(shù)是把可用帶寬分成若干個(gè)相互隔離的子頻帶，同時(shí)分別傳送一路低速信號(hào)，從而達(dá)到信號(hào)復(fù)用的目的。OFDM不同于傳統(tǒng)的多載波調(diào)制，它是在多載波技術(shù)的基礎(chǔ)上使不同的子載波相互正交，這種正交性有利于克服頻分復(fù)用及傳統(tǒng)多載波技術(shù)中頻譜效率低的不足。其實(shí)質(zhì)就是把高速率的信源信息流通過(guò)串并變換，變換成低速率的N路并行數(shù)據(jù)流，然后用N個(gè)相互正交的載波進(jìn)行調(diào)制，將N路調(diào)制后的信號(hào)相加得到發(fā)射信號(hào)。相比于串行傳輸在所傳輸?shù)念l帶內(nèi)，當(dāng)許多載頻并行傳輸一路數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)，可大大擴(kuò)展信號(hào)的脈沖寬度，提高抗多徑衰落方面的性能。

2.3MIMO、MIMO-OFDM技術(shù)

2.3.1MIMO技術(shù)

MIMO(Multiple Input，Multiple Output)技術(shù)可以簡(jiǎn)單定義為：在無(wú)線通信系統(tǒng)中，鏈路的發(fā)端和收端都使用多副天線。MIMO系統(tǒng)的特點(diǎn)是將多徑傳播變?yōu)橛欣蛩?。它有效地使用隨機(jī)衰落及多徑時(shí)延擴(kuò)展，在不增加頻譜資源和天線發(fā)送功率的情況下，不僅可以利用MIMO信道提供的空間復(fù)用增益提高信道的容量，同時(shí)還可以利用MIMO信道提供的空間分集增益提高信道的可靠性，降低誤碼率。

實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用增益的算法主要有貝爾實(shí)驗(yàn)室分層空時(shí)碼(BLAST)算法、追零(zF)算法、最小化均方誤差(MMSE)算法、最大似然(ML)算法。目前MIMO技術(shù)領(lǐng)域另一個(gè)研究熱點(diǎn)就是空時(shí)編碼。常見(jiàn)的空時(shí)碼有空時(shí)塊碼(STBC：SpaceTime Block Codes)和空時(shí)格碼(STTC：Space Time Trellis Codes)空時(shí)碼的主要思想是利用空間和時(shí)間上的編碼實(shí)現(xiàn)一定的空間分集增益和時(shí)間分集增益，從而降低信道誤碼率。

2.3.2MIMO-OFDM技術(shù)

將MIMO與OFDM技術(shù)相結(jié)合并應(yīng)用到下一代無(wú)線通信系統(tǒng)中，正在成為無(wú)線通信領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。先前關(guān)于MIMO技術(shù)的研究基本局限于無(wú)線窄帶通信系統(tǒng)，主要是因?yàn)榭臻g分集的寬帶MIMO信道在提供更高通信容量的同時(shí)，由于時(shí)延擴(kuò)展的原因也引入了頻率分集。從前面的討論可以得知，如果多徑信道是頻率選擇性信道(較大信道帶寬情況下)。OFDM傳輸技術(shù)可以通過(guò)消除符號(hào)間干擾來(lái)減小頻率選擇性的影響。使用K個(gè)載波的情況下，OFDM可以把頻率選擇性信道轉(zhuǎn)換成為K個(gè)并行的互補(bǔ)干擾的獨(dú)立信道。同時(shí)，OFDM技術(shù)可以大大降低無(wú)線寬帶通信系統(tǒng)中接收機(jī)的復(fù)雜度。

3下一代城域網(wǎng)WiMAX

3.1WiMAX的介紹

WiMAX全稱為World Interoperability forMicrowave Access，即全球微波接入互操作性，是由Intcl發(fā)起成立的非盈利組織，旨在對(duì)基于IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)和ETSI Hiper-MAN標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無(wú)線接人產(chǎn)品進(jìn)行一致性和互操作性認(rèn)證。它涵蓋了802.16d、802.16e及之后的802.16系列標(biāo)準(zhǔn)。WiMAX作為城域網(wǎng)接人手段，采用了多種技術(shù)來(lái)應(yīng)對(duì)建筑物阻擋情況下的非視距(NLOS)和阻擋視距(OLOS)的傳播條件，因此其可以實(shí)現(xiàn)非視距傳輸。WiMAX系統(tǒng)也可以連接WLAN的熱點(diǎn)和互聯(lián)網(wǎng)，也可作為企業(yè)或家庭xDSL和Cabel Modem的無(wú)線擴(kuò)充技術(shù)，或者取代有線寬帶接入的市場(chǎng)。因此從這個(gè)意義上說(shuō)，WiMAX是解決“最后一公里”的通信接人問(wèn)題。特別是對(duì)于很多發(fā)展中國(guó)家或偏遠(yuǎn)地區(qū)沒(méi)有Cable和DSL服務(wù)，因?yàn)橛芯€基礎(chǔ)設(shè)施費(fèi)用較高，通過(guò)WiMAX的布建將能助于打開(kāi)此市場(chǎng)，也就是最后一公里的無(wú)線寬帶布建。

3.2WiMAX與WLAN兩者間應(yīng)用的比較

WiMAX的IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)又稱為IEEE Wireless MAN空中接口標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)工作于不同頻帶的無(wú)線接人系統(tǒng)空中接口進(jìn)行了規(guī)范。由于它所規(guī)定的無(wú)線系統(tǒng)覆蓋范圍在公里(kin)量級(jí)，因此802.16系統(tǒng)主要應(yīng)用于城域網(wǎng)。而IEEE的802.11系列的WLAN主要應(yīng)用于家族、校園、商場(chǎng)等較小的場(chǎng)合。而且無(wú)論在傳輸速度還是在傳輸?shù)木嚯x還有用戶的數(shù)目上跟WiMAX都有較大的差距。但WLAN有室內(nèi)的大容量高帶寬、技術(shù)、設(shè)備成熟、設(shè)備成本低、公共頻段、暫時(shí)無(wú)需付費(fèi)等優(yōu)勢(shì)。因此兩者應(yīng)充分發(fā)展它們之間的互補(bǔ)性。從而組合一個(gè)新的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)形式。

3.3WLAN與WiMAX的融合

WiMAX和WLAN雖然是當(dāng)前市場(chǎng)上非常有前景也很成熟的技術(shù)，但它們也有各自的一些局限性，如WiMAX在中國(guó)的頻譜未定，WLAN的安全和標(biāo)準(zhǔn)還存在較大爭(zhēng)論等。所以對(duì)兩者的應(yīng)用必須揚(yáng)長(zhǎng)避短，充分發(fā)揮前者的覆蓋能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、安全性好和有QoS保障等特點(diǎn)以及后者的帶寬大、接入靈活，產(chǎn)業(yè)化程度高和價(jià)格便宜等長(zhǎng)處。根據(jù)目前無(wú)線接入技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的實(shí)踐，WiMAX-WLAN主要的應(yīng)用方式包括：WLAN熱點(diǎn)覆蓋，WiMAX回程(backhaul)；WiMAX提供企業(yè)專網(wǎng)的數(shù)據(jù)和VolP語(yǔ)音全面接入；WiMAX的純IP語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò)；農(nóng)村信息化；安全、監(jiān)控等視頻的應(yīng)用場(chǎng)景。其中，那些已經(jīng)布設(shè)有WLAN等無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)的發(fā)達(dá)地區(qū)。不需要進(jìn)行重復(fù)的無(wú)線覆蓋建設(shè)。僅用WiMAX做無(wú)線傳輸，稱為熱點(diǎn)回程。在沒(méi)有無(wú)線數(shù)據(jù)接入的地區(qū)，可直接由WiMAX的終端實(shí)現(xiàn)用戶的數(shù)據(jù)和語(yǔ)音接入。