智能AP在WLAN中的作用

陳方斌

中國(guó)電信溫州分公司，浙江 溫州 325000

0 引言

90年代以來(lái)，陣列處理技術(shù)引入移動(dòng)通信領(lǐng)域，很快開成了一個(gè)新的研究熱點(diǎn)-智能天線。智能天線應(yīng)用廣泛，它在提高系統(tǒng)通信質(zhì)量、緩解無(wú)線通信日益發(fā)展與頻譜資源不足的矛盾、以及降低系統(tǒng)整體造價(jià)和改善系統(tǒng)管理等方面都具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)正在拓展新的應(yīng)用模式，包括城域部署、無(wú)線DSL、視頻監(jiān)控和三網(wǎng)合一業(yè)務(wù)。非常類似于移動(dòng)通信的出現(xiàn)所產(chǎn)生的針對(duì)傳統(tǒng)電路交換技術(shù)的徹底革命，這些新應(yīng)用以及支持WLAN的終端設(shè)備的使用，使得WLAN針對(duì)有線以太網(wǎng)的革命到來(lái)了。

1 智能AP

1.1 智能天線xRFTM技術(shù)與特點(diǎn)

它是首個(gè)且唯一基于802.11標(biāo)準(zhǔn)的、多載波的、波束成型系統(tǒng)。在多個(gè)要素上改善了性能，并且保證了QoS。降低了噪聲和隱藏節(jié)點(diǎn)帶來(lái)的損害。利用獨(dú)享專利的多信道RF濾波器，實(shí)現(xiàn)真正的多信道并發(fā)工作和通過(guò)WIFI的認(rèn)證。按照FCC對(duì)定向天線系統(tǒng)的規(guī)定，天線陣列可以輻射更高的EIRP（最大42dBm），減輕干擾的影響，具有高增益能夠提高噪比（包括上行和下行信道），更少的反射波能夠逞來(lái)更干凈的信號(hào)。波束成型系統(tǒng)能夠大幅降低隱藏節(jié)點(diǎn)現(xiàn)象帶來(lái)的損害。利用擁擠的2.4GHZ頻度進(jìn)行AP的城域部署時(shí)，由于天線陣列具有定向特性，可以大大減少環(huán)境中的電磁污染。

1.2 傳統(tǒng)AP的實(shí)現(xiàn)原理

首先我們回顧一下傳統(tǒng)的、多天線分集的AP實(shí)現(xiàn)原理。

圖1 傳統(tǒng)的802.11 AP的實(shí)現(xiàn)原理

一個(gè)WLAN的無(wú)線收發(fā)模塊通常由1付天線、RF鏈路和1個(gè)調(diào)制解調(diào)器組成。RF鏈路中包括了接收/發(fā)送（RX/TX）放大器和濾波器。如圖2所示，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的802.11 AP由1個(gè)RF鏈路連接1根或2根天線組成，這種方式即為天線選擇或天線分集。在這里，當(dāng)收發(fā)數(shù)據(jù)包時(shí)，AP就簡(jiǎn)單地利用1個(gè)開關(guān)來(lái)選用2根天線中信號(hào)質(zhì)量相對(duì)較好的那一根。在這種方式下，每次只使用1根天線。此外，室外測(cè)試的結(jié)果表明，與使用單根天線相比，這種方式能帶來(lái)不高的、2dB的相關(guān)增益。

1.3 XRFTM. 天線陣列

直到前不久，涉及智能天線陣列和數(shù)字信號(hào)處理的技術(shù)，幾乎無(wú)一例外地都應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，如抗干擾無(wú)線電收發(fā)器、雷達(dá)/聲納系統(tǒng)。不過(guò)，其民用范圍則包括了超聲波影像系統(tǒng)和蜂窩通信設(shè)備。結(jié)合先進(jìn)的電子技術(shù)，把智能天線陣列技術(shù)應(yīng)用于無(wú)線系統(tǒng)中，目前已經(jīng)是能夠負(fù)擔(dān)得起的了。

圖2 xRFTM AP實(shí)現(xiàn)原理

對(duì)比傳統(tǒng)的AP，網(wǎng)件的技術(shù)采用4根天線和4個(gè)RF鏈路，與xRFTM DSP相結(jié)合。四根天線的能量全部用來(lái)收發(fā)WLAN信號(hào)。由于它與IEEE802.11b/g標(biāo)準(zhǔn)是完全兼容的，因此網(wǎng)件的技術(shù)能夠接口任何802.11b和802.11g客戶端（客戶端無(wú)需做任何改變）。在接收到1個(gè)WLAN數(shù)據(jù)包的最初2us內(nèi)，網(wǎng)件獨(dú)有的xRFTM DSP就檢測(cè)出數(shù)據(jù)包的到達(dá)方向（DOA），并將天線陣列瞄準(zhǔn)并鎖定信號(hào)。利用4根接收天線，能夠?qū)⑿盘?hào)的信噪比（SNR）提高6dB，因此支持xRFTM的設(shè)備可以將接收靈敏度提高到-102dBm。如圖3所示，獲取DOA信息有助于下行數(shù)據(jù)的發(fā)送。xRFTM DSP既可定向（給特定的客戶端），又可全向發(fā)送數(shù)據(jù)包。全向發(fā)送通常用于廣播型數(shù)據(jù)包，或者保護(hù)型數(shù)據(jù)包，如CTS-to-self

圖3 接收

1.4 減輕干擾

常多的設(shè)備在使用2.4GHz頻段，大大限制了室外型WLAN的覆蓋范圍和系統(tǒng)容量。即使不考慮微波設(shè)備、藍(lán)牙設(shè)備和無(wú)繩電話，眾多個(gè)人家里的AP和客戶端就足以徹底阻塞2.4GHz信道。為了克服這種干擾，傳統(tǒng)的AP只是簡(jiǎn)單地降低其接收靈敏度（通常表現(xiàn)為“噪聲水平”，凡是低于它的信號(hào)，AP都無(wú)法接收）。這樣就通過(guò)忽略遠(yuǎn)端的干擾而獲得所期望的結(jié)果，但這也使得AP不得不放棄自己遠(yuǎn)端的用戶，造成覆蓋范圍和系統(tǒng)容量的下降?；旧?，任何在產(chǎn)品規(guī)格上寫著“接收靈敏度-100dBm”的AP，都無(wú)法在密集城區(qū)環(huán)境的使用中達(dá)到這個(gè)水平。事實(shí)上，在這類環(huán)境中，傳統(tǒng)的AP總是將接收靈敏度降到大約-82dBm或更低。

另外，在定向天線上的專利技術(shù)使其能夠自然而然地隔離很大比例的干擾。傳統(tǒng)的全向AP利用360°的電波來(lái)接收1個(gè)數(shù)據(jù)包；相比之下，網(wǎng)件的WNAP 700系列產(chǎn)品只用24°的電波來(lái)接收1個(gè)數(shù)據(jù)包，因此在接收過(guò)程中，它能夠忽略90%方向上的干擾。

1.5 xRFTM與傳統(tǒng)802.11n的區(qū)別

支持傳統(tǒng)802.11n標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的設(shè)備使用多根天線實(shí)現(xiàn)多入多出（MIMO），其基本的原理框圖類似于圖1所示。由于802.11n標(biāo)準(zhǔn)主要是為了在室內(nèi)環(huán)境中獲取高帶寬，因此其使用了多根天線來(lái)讓系統(tǒng)容量成倍增加（高速率的OFDM調(diào)制方式，很短的覆蓋距離，很強(qiáng)的信號(hào)電平）。超過(guò)95%的WiFi芯片都是用于室內(nèi)覆蓋，傳統(tǒng)802.11n標(biāo)準(zhǔn)基本上不適于在室外環(huán)境中使用。

在室外部署中，系統(tǒng)的覆蓋范圍取決于它在接收采用了最低調(diào)制模式（CCK模式，1Mbps速率）的信號(hào)時(shí)的能力。由于傳統(tǒng)802.11n協(xié)議只針對(duì)OFDM調(diào)制方式，因此當(dāng)1臺(tái)傳統(tǒng)802.11n設(shè)備在接受1Mbps速率的數(shù)據(jù)包時(shí)，其性能和1臺(tái)802.11b的設(shè)備是完全一樣的。這種情況同樣發(fā)生在所有使用CCK/DSSS調(diào)制方式的速率上：1、2、5.5和11Mbps。甚至當(dāng)接收采用OFDM調(diào)制方式的6Mbps數(shù)據(jù)包時(shí)，傳統(tǒng)802.11n設(shè)備的性能也不及xRFTM設(shè)備，這是因?yàn)?02.11n設(shè)備在接收時(shí)無(wú)法利用其的多根天線來(lái)改善信號(hào)強(qiáng)度，它的設(shè)計(jì)不是用來(lái)提高整體覆蓋范圍的。

盡管傳統(tǒng)802.11n設(shè)備在小范圍內(nèi)能獲取高速率（因?yàn)閰f(xié)議允許其獲取更高的速率）， 但是它單根的發(fā)射天線還是將其性能限制在了802.11b/g的水平上。

2 結(jié)論

從以上的分析可以看出傳統(tǒng)的WLAN網(wǎng)絡(luò)必須在今后通信領(lǐng)導(dǎo)中提高抗干擾能力、頻率利用率、系統(tǒng)通信質(zhì)量等，以滿足這些新應(yīng)用的出現(xiàn)所帶來(lái)的挑戰(zhàn)。智能AP通過(guò)強(qiáng)化芯片與天線很好的解決了傳統(tǒng)WLAN的不足之處，提升了覆蓋距離與效果、提高吞吐量、增加發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度和穿透性等，很好地提升了WLAN系統(tǒng)的性能，是WLAN網(wǎng)絡(luò)一次革命性的飛躍。

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