無線局域網技術分析與探討

陳　智

摘要：經過多年的發展與應用，多種的無線網絡技術逐漸應用于各個不同的領域中，隨著無線網絡技術的發展這幾種不同的標準不單套在各自的領域發揮越來越重要的作用，而且它們正逐漸慢慢容合起來，組成一個全新的無殘局城網，并對這幾種無線局網絡技術進行分析與比對。

關鍵詞：IEEE 802.11；OFDM-MIMO；IEEE802.16e；WIMAX藍牙

中圖分類號：TP393.17

文獻標識碼：A

文章編號：1672-3198(2009)08-0257-02

1各種無線局域網的技術應用與分析

1.1藍牙技術Bluetooih

藍牙技術是Ericsson移動通信公司在1994年開始啟動。是一種傳輸范圍約為10m左右的開放性的、短距離無線通信技術標準，它可以在較小的范圍內通過無線連接的方式實現固定設備以及移動設備之間的網絡互連，可以在各種數字設備之間實現靈活、安全、低成本、小功耗的話音和數據通信。藍牙系統一般由天線單元、鏈路控制(同件)單元、鏈路管理(軟件)單元和藍牙軟件(協議棧)單元四個功能單元組成。藍牙的天線部分體積十分小巧、重量輕，屬于微帶天線；目前藍牙產品的鏈路控制硬件單元包括3個集成芯片。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個單獨調諧元件，基帶鏈路控制器負責處理基帶協議和其它一些低層常規協議，鏈路管理軟件模塊攜帶了鏈路的數據設置、鑒權、鏈路硬件配置和其它一些協議，LM能夠發現其他遠端LM并通過鏈路管理協議LMP(link Mausger Protocol)與之通信；藍牙的軟件(協議找)是一個獨立的操作系統，不與任何操作系統捆綁，它符合已經制定好的藍牙規范。藍牙系統的通信協議大部分可用軟件來實現，加載到Flash RAM中即可進行工作。

1.2早期IEE802.11a／b

IEEE802.11是IEEE于97年推出的WLAN的協議標準，主要用于解決辦公室局域網和校園網中，用戶與用戶終端的無線接入，業務主要限于數據存取，速率最高只能達到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兩個新標準。三者之間技術上的主要差別在于MAC子層和物理層。IEEE802.11b物理層支持5.5Mb／s和11Mb／s兩個新速率，采用一種新的調制技術CCK(Complementsry Code Keying)完成。IEEE802.11b使用動態速率漂移可因環境變化。在11Mb／s、5.5Mb／s、2Mb／s、1Mb／s之間切換，且在2Mb／s、iMb／s速率時與IEEE802.11兼容。IEEE802.11a工作在5GHz U－NH頻帶物理層速率可達54mb／s，傳輸層達25Mb／s。采用正交頻分復用(Orthogonsl Frequency Division Multiplexing，OFDM)的獨特擴頻技術；可提供25Mb／s的無線ATM接口和10Mb／s的以太網無線幀結構接口，以及TDD／TDMA的空中接口；支持語音、數據、圖像業務；一個扇區可接入多個用戶，每個用戶可帶多個用戶終端。

1.3IEEE802.11g、IEEE802.11n技術

1.3.1IEEE802.11g

隨著技術及市場的快速發展。IEEE組織于2003年6月12號正式批準了更為高速的無線局域網技術標準－IEEE 802.11g。最新批準的IEEE 802.11g有兩個最為主要的特征：高速率和兼容802.11b。高速率是由于其采用于OFDM調制技術可得到高達54Mbps的數據通信帶寬，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，并采用了一個“保護”機制、因此可與802.11b的產品保持兼容。盡管802.11b和802.11g的設備都是工作在2.4GHz，但是它們采用了不同的調制技術：802.11b設備采用了CCK(ComplementaryCode Keying)而802.11g采用了OFDM(Orthogonal Fre-quency Division Multiplexing)技術。

1.3.2新興的802.11n

新興的802.11n標準具有高達600 Mbps的速率，是下一代的無線網絡技術，可提供支持對帶寬最為敏感的應用所需的速率、范圍和可靠性。802.11n結合了多種技術，其中包括spatial Multiplexing MIMO(Multi－In，Multi－Out)(空間多路復用多人多出)、20和40MHz信道和雙頻帶(2.4GHz和5GHz)，以便形成很高的速率，同時又能與以前的IEEE 802.11b／g設備通信。

2實高速無線網絡技術的關鍵技術

2.1OFDM技術

OFDM系統是將所傳輸的數據符號并行調制在相互之間重疊正交的多個子載波上來傳輸，一方面數據符號串并變換會使每個子載波上的符號周期相對地增長，可以最大限度地減輕由無線信道的多徑時延擴展所產生的時間彌散性對系統造成的影響，避免頻率選擇性衰落，另一方面，子載波之間正交。可以有效利用帶寬，提高系統容量?？偟貋碚fOFDM具有抗多徑避免頻率選擇性衰落和頻譜利用率高等優點。

2.2OFDM基本原理

OFDM(正交頻分復用)是多載波調制技術的一種。多載波調制本質上是一種頻分復用技術，它早在19世紀以前就已經被提出。頻分復用技術是把可用帶寬分成若干個相互隔離的子頻帶，同時分別傳送一路低速信號，從而達到信號復用的目的。OFDM不同于傳統的多載波調制，它是在多載波技術的基礎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用及傳統多載波技術中頻譜效率低的不足。其實質就是把高速率的信源信息流通過串并變換，變換成低速率的N路并行數據流，然后用N個相互正交的載波進行調制，將N路調制后的信號相加得到發射信號。相比于串行傳輸在所傳輸的頻帶內，當許多載頻并行傳輸一路數據信號時，可大大擴展信號的脈沖寬度，提高抗多徑衰落方面的性能。

2.3MIMO、MIMO-OFDM技術

2.3.1MIMO技術

MIMO(Multiple Input，Multiple Output)技術可以簡單定義為：在無線通信系統中，鏈路的發端和收端都使用多副天線。MIMO系統的特點是將多徑傳播變為有利因素。它有效地使用隨機衰落及多徑時延擴展，在不增加頻譜資源和天線發送功率的情況下，不僅可以利用MIMO信道提供的空間復用增益提高信道的容量，同時還可以利用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。

實現空間復用增益的算法主要有貝爾實驗室分層空時碼(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技術領域另一個研究熱點就是空時編碼。常見的空時碼有空時塊碼(STBC：SpaceTime Block Codes)和空時格碼(STTC：Space Time Trellis Codes)空時碼的主要思想是利用空間和時間上的編碼實現一定的空間分集增益和時間分集增益，從而降低信道誤碼率。

2.3.2MIMO-OFDM技術

將MIMO與OFDM技術相結合并應用到下一代無線通信系統中，正在成為無線通信領域的一個研究熱點。先前關于MIMO技術的研究基本局限于無線窄帶通信系統，主要是因為空間分集的寬帶MIMO信道在提供更高通信容量的同時，由于時延擴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傳輸技術可以通過消除符號間干擾來減小頻率選擇性的影響。使用K個載波的情況下，OFDM可以把頻率選擇性信道轉換成為K個并行的互補干擾的獨立信道。同時，OFDM技術可以大大降低無線寬帶通信系統中接收機的復雜度。

3下一代城域網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發起成立的非盈利組織，旨在對基于IEEE 802.16標準和ETSI Hiper-MAN標準的寬帶無線接人產品進行一致性和互操作性認證。它涵蓋了802.16d、802.16e及之后的802.16系列標準。WiMAX作為城域網接人手段，采用了多種技術來應對建筑物阻擋情況下的非視距(NLOS)和阻擋視距(OLOS)的傳播條件，因此其可以實現非視距傳輸。WiMAX系統也可以連接WLAN的熱點和互聯網，也可作為企業或家庭xDSL和Cabel Modem的無線擴充技術，或者取代有線寬帶接入的市場。因此從這個意義上說，WiMAX是解決“最后一公里”的通信接人問題。特別是對于很多發展中國家或偏遠地區沒有Cable和DSL服務，因為有線基礎設施費用較高，通過WiMAX的布建將能助于打開此市場，也就是最后一公里的無線寬帶布建。

3.2WiMAX與WLAN兩者間應用的比較

WiMAX的IEEE 802.16標準又稱為IEEE Wireless MAN空中接口標準，對工作于不同頻帶的無線接人系統空中接口進行了規范。由于它所規定的無線系統覆蓋范圍在公里(kin)量級，因此802.16系統主要應用于城域網。而IEEE的802.11系列的WLAN主要應用于家族、校園、商場等較小的場合。而且無論在傳輸速度還是在傳輸的距離還有用戶的數目上跟WiMAX都有較大的差距。但WLAN有室內的大容量高帶寬、技術、設備成熟、設備成本低、公共頻段、暫時無需付費等優勢。因此兩者應充分發展它們之間的互補性。從而組合一個新的無線網絡形式。

3.3WLAN與WiMAX的融合

WiMAX和WLAN雖然是當前市場上非常有前景也很成熟的技術，但它們也有各自的一些局限性，如WiMAX在中國的頻譜未定，WLAN的安全和標準還存在較大爭論等。所以對兩者的應用必須揚長避短，充分發揮前者的覆蓋能力強、傳輸距離遠、安全性好和有QoS保障等特點以及后者的帶寬大、接入靈活，產業化程度高和價格便宜等長處。根據目前無線接入技術發展過程中的實踐，WiMAX-WLAN主要的應用方式包括：WLAN熱點覆蓋，WiMAX回程(backhaul)；WiMAX提供企業專網的數據和VolP語音全面接入；WiMAX的純IP語音網絡；農村信息化；安全、監控等視頻的應用場景。其中，那些已經布設有WLAN等無線接入網絡的發達地區。不需要進行重復的無線覆蓋建設。僅用WiMAX做無線傳輸，稱為熱點回程。在沒有無線數據接入的地區，可直接由WiMAX的終端實現用戶的數據和語音接入。