WiFi無線網(wǎng)絡技術淺析

劉涌+胡慶峰+韓偉

摘要：與傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡相比，無線局域網(wǎng)具有更加靈活，運維成本更低等特點。IEEE802.11系列標準詳細地描述了其相關的物理規(guī)范，向人們展示了無線網(wǎng)的發(fā)展歷程的同時，也指引了無線網(wǎng)的發(fā)展方向。目前在無線網(wǎng)相關技術中，比較重要的有CCK、OFDM、MIMO和MIMO-OFDM等，而這些技術也正是人們生活中經(jīng)常用到的IEEE902.11a、b、g、n的核心技術，有了這些技術的保障，加上諸如控制發(fā)射功率、調節(jié)接收器靈敏度、天線的方向和工作環(huán)境的影響等因素，才使得無線網(wǎng)能夠很快地應用在人們生活中，而這些也正是無線網(wǎng)進一步發(fā)展的研究方向。

關鍵詞：IEEE802.11；WiFi；AP；OFDM

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）34-0037-02

1 概述

無線局域網(wǎng)（Wireless Local Area Networks）簡稱WLAN，指通過無線連接的方式組建的局域網(wǎng)，和傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)相比，它具有安裝簡便、運行靈活、維護成本低、擴展能力強等特點。WLAN的核心標準之一是由電氣電子工程師協(xié)會（IEEE）802標準化委員會第十一標準工作組制定，即IEEE802.11體系，IEEE802.11系列標準由WiFi（Wireless Fidelity）聯(lián)盟進行推廣，這也就是人們俗稱的WiFi網(wǎng)絡的由來。

生活中常見的IEEE802.11a、b、g、n均為該體系中修正案的編號，編號從a排至z，其中F和T大寫，表示這兩個僅為操作規(guī)程建議，再之后制定的修正案用兩個字母標注，如aa，ae，ai等。IEEE802.11-1997于1997年通過后，1999年9月通過了IEEE802.11a，從而引入了正交頻分復用技術（OFDM）并定義了5GHz頻段高速物理層的規(guī)范；同年802.11b引入了補碼鍵控技術（CCK）并對2.4GHz頻段的物理層進行擴展；802.11g將a中OFDM PHY擴展到了2.4GHz，并同b保持了設備的向后兼容性和互操作性；802.11n則同時支持2.4GHz和5GHz，通過使用多入多出（MIMO）進行空分復用和40MHz帶寬操作特性，使傳速速率達到300Mbit/s，最高速可達600Mbit/s，同時兼容802.11b和g。

2 WiFi的組成

無論采用哪種IEEE802.11標準，一個完整的WiFi網(wǎng)絡主要由無線介質（WM）、站點（STA）、分布式系統(tǒng)（DS）和接入點（AP）組成：無線介質，顧名思義，就是除了傳輸線之外的傳輸介質，通常指的就是大氣；無線網(wǎng)絡中的站點簡言之就是帶有無線網(wǎng)卡的計算設備，可以是手機，也可以是帶有無線網(wǎng)卡的電腦，是WiFi網(wǎng)絡的基本組成單元，一個最小的無線網(wǎng)絡可以僅由兩個站點組成，這種形式的網(wǎng)絡稱為Ad Hoc，通常用于臨時搭建的網(wǎng)絡，而兩個以上STA組合在一起互相通信，可以構成一個基本服務集（BSS）；單個BSS的地理覆蓋范圍十分有限，利用分布式系統(tǒng)（DS）可以將多個BSS連接在一起，從而組成擴展服務集（ESS）；在一個無線網(wǎng)絡中，為了更加有效地傳輸信號，需要設置一些具有橋接與控制功能的站點，這些站點被稱為接入點（AP），從某種角度講，AP決定了WiFi的各種組網(wǎng)方式，如：點對點模式、多AP模式、基礎架構模式、無線網(wǎng)橋模式和無線中繼器模式等。

3 WiFi的關鍵技術

WiFi出現(xiàn)短短幾年之內(nèi)，就得到了市場的認可，除了其連接靈活方便的優(yōu)點外，更重要的原因是，WiFi的傳輸速度正在變得越來越快。常見的WiFi技術主要有DSSS/CCK技術、OFDM技術、MIMO技術等。

3.1 DSSS/CCK技術

IEEE802.11b標準的數(shù)據(jù)調制方式是基于CCK的QPSK，它采用DSSS和CCK技術，是一種單載波的調制技術，最高可達到11Mbit/s。在這種標準下，CCK技術能夠有效地克服多徑效應，但也正因為如此，當速率超過11Mbit/s時，需要引入更復雜的均衡調制技術，非常難以實現(xiàn)。

3.2 OFDM技術

正交頻分復用技術（OFDM）是一種多載波調制技術，通過子載波互相正交的方式，使可用頻譜劃分的各個子載波互不干擾，從而提高頻譜的使用效率。相對CCK而言這種技術雖然更加高效，但也更加復雜，需要采用快速傅里葉逆變換（IFFT）和快速傅里葉變換（FFT）來分別實現(xiàn)正交的調制與解調，隨著大規(guī)模集成電路技術與DSP技術的發(fā)展，這兩種變換才得以快速實現(xiàn)，從而真正發(fā)揮OFDM的作用。

OFDM技術是超三代（B3G）和第四代移動通信（4G）的核心技術。為了提高數(shù)據(jù)的傳輸速度，IEEE802.11a、g、n都采用了這種技術，由于一般的網(wǎng)絡業(yè)務中下載量的需求遠大于上傳量，OFDM通過控制上傳于下載的子載波數(shù)量，實現(xiàn)非對稱傳輸，從而提高下載速度。

3.3 MIMO技術

多入多出（MIMO）技術可以說是下一代通信系統(tǒng)的關鍵技術，通過在收發(fā)兩端都采用多天線和多通道的方式，有效地解決了多徑效應引起的信號衰落問題；同時，由于各發(fā)射信號使用同一頻帶，利用MIMO技術創(chuàng)造多個并行空間通道，有效地提高了數(shù)據(jù)的傳輸速率。在帶寬和功率都固定的情況下，一般天線系統(tǒng)所提供的容量會隨天線數(shù)的增加而對數(shù)增長，而MIMO技術提供的容量會隨天線數(shù)的增加呈線性增加，即更加有效地提高系統(tǒng)的最大傳輸率。值得一提的是，MIMO技術與OFDM技術并不沖突，甚至已經(jīng)有了MIMO-OFDM技術，有效地整合了兩者的優(yōu)勢，使無線系統(tǒng)對噪聲、干擾、多徑的容量大大增加。

4 WiFi通信距離

除了更快速地傳輸數(shù)據(jù)，WiFi的覆蓋范圍也是其重要指標之一，即AP的覆蓋范圍。通常AP的覆蓋范圍會受發(fā)射機輸出功率、接收機靈敏度、工作頻率、工作環(huán)境和天線特性幾方面影響：

1）數(shù)據(jù)的傳輸速率越低，則 接收機的靈敏度越高，通信距離越遠；

2）室外通信距離比室內(nèi)通信距離更遠；

3）相同發(fā)射功率下，2.4GHz比5GHz覆蓋范圍更大；

4）天線的方向、增益與極化等會對通信距離產(chǎn)生很大影響。

5 結束語

無線WiFi作為互聯(lián)網(wǎng)絡建設的一個分支，因其實用性和便捷性，在人們的生活中起著越來越重要的作用，可以預見，隨著無線網(wǎng)絡的技術不斷更新，未來的無線網(wǎng)絡將更加高速，覆蓋范圍更廣，以更有效的方式利用資源，而這也正是綠色網(wǎng)絡的目標與宗旨。

參考文獻：

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