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WLAN与802.11b/g

通讯技术 2007-11-26 15:54:02 阅读673 评论0   字号：大中小 订阅

◆传输速率高：WLAN的数据传输速率现在已经能够达到11Mbit/s，传输距离可远至20km以上。应用到正交频分复用(OFDM)技术的WLAN，甚至可以达到54Mbit/s。

　　此外，无线局域网的抗干扰性强、网络保密性好。对于有线局域网中的诸多安全问题，在无线局域网中基本上可以避免。而且相对于有线网络，无线局域网的组建、配置和维护较为容易，一般计算机工作人员都可以胜任网络的管理工作。

　　由于WLAN具有多方面的优点，其发展十分迅速。在最近几年里，WLAN已经在医院、商店、工厂和学校等不适合网络布线的场合得到了广泛的应用。

　　WLAN的拓扑结构

　　WLAN有两种主要的拓扑结构，即自组织网络(也就是对等网络，即人们常称的Ad-Hoc网络)和基础结构网络(InfrastructureNetwork)。

　　自组织型WLAN是一种对等模型的网络，它的建立是为了满足暂时需求的服务。自组织网络是由一组有无线接口卡的无线终端，特别是移动电脑组成。这些无线终端以相同的工作组名、扩展服务集标识号(ESSID)和密码等对等的方式相互直连，在WLAN的覆盖范围之内，进行点对点，或点对多点之间的通信.

　　组建自组织网络不需要增添任何网络基础设施，仅需要移动节点及配置一种普通的协议。在这种拓扑结构中，不需要有中央控制器的协调。因此，自组织网络使用非集中式的MAC协议，例如CSMA/CA。但由于该协议所有节点具有相同的功能性，因此实施复杂并且造价昂贵。

　　自组织WLAN另一个重要方面，在于它不能采用全连接的拓扑结构。原因是对于两个移动节点而言，某一个节点可能会暂时处于另一个节点传输范围以外，它接收不到另一个节点的传输信号，因此无法在这两个节点之间直接建立通信。

　　基础结构型WLAN利用了高速的有线或无线骨干传输网络。在这种拓扑结构中，移动节点在基站(BS)的协调下接入到无线信道。

　　基站的另一个作用是将移动节点与现有的有线网络连接起来。当基站执行这项任务时，它被称为接入点(AP)。基础结构网络虽然也会使用非集中式 MAC协议，如基于竞争的802.11协议可以用于基础结构的拓扑结构中，但大多数基础结构网络都使用集中式MAC协议，如轮询机制。由于大多数的协议过程都由接入点执行，移动节点只需要执行一小部分的功能，所以其复杂性大大降低。

　　在基础结构网路中，存在许多基站及基站覆盖范围下的移动节点形成的蜂窝小区。基站在小区内可以实现全网覆盖。在目前的实际应用中，大部分无线WLAN都是基于基础结构网络。

　　一个用户从一个地点移动到另一个地点，应该被认定为离开一个接入点，进入另一个接入点，这种情形称为“漫游”。漫游功能要求小区之间必须有合理的重叠，以便用户不会中断正在通信的链路连接。接入点之间也需要相互协调，以便用户透明地从一个小区漫游到另一个小区。发生漫游时，必须执行切换操作。切换既可以通过交换局，以集中的方式来控制，也可以通过移动节点，监测节点的信号强度来实现控制，也就是非集中式切换在基础结构型网络中，小区大小一般都比较小。小区半径的减小，意味着移动节点传输范围的缩短，这样可以减少功率损耗。并且，小的蜂窝小区可以采用频率复用技术，从而提高系统频谱利用率。目前，提高频谱利用率的常用策略有：固定信道分配(FCA)、动态信道分配(DCA)和功率控制(PC)等。

　　在使用FCA策略时，每个小区分配有固定的资源，但与移动节点数量无关。这种策略的问题在于，它没有充分考虑移动用户的分布。在人口稀少的地区，同样分配相同数量的带宽资源给小区，但小区可能仅包含几个或者是根本不包含任何移动节点，使资源被浪费。因此，在这种情况下，频谱的利用率并不是最优的。

　　在移动节点采用DCA、PC技术，或者是集成DCA和PC的技术，可以提高整个蜂窝系统的容量，减少信道干扰，并减少发射功率。

　　DCA技术将所有可用的信道放置在一个公共信道池中，并根据小区当前的负载，将这些信道动态地分配给小区。移动节点向基站报告其干扰水平，基站以最小干扰方式实现信道复用。

　　PC方案通过减小发送功率的方法，来减少系统中干扰，并减少移动节点的电池能量消耗。当某一个小区内受到的干扰增加时，PC方案通过增加发送节点的功率，来提高接收信号的信噪比(SIR)。当节点受到的干扰减小时，发送节点通过降低发送功率来节约能量。

　　除以上两种应用比较广泛的拓扑结构之外，还有另外一种正处于理论研究阶段的拓扑结构，即完全分布式网络拓扑结构。这种结构要求，相关节点在数据传输过程中完成一定的功能，类似于分组无线网的概念。对每一节点而言，它可能只知道网络的部分拓扑结构(也可通过安装专门软件获取全部拓扑知识)，但它可与邻近节点按某种方式共享对拓扑结构的认识，来完成分布路由算法，即路由网络上的每一节点要互相协助，以便将数据传送至目的节点。

　　分布式结构抗损性能好，移动能力强，可形成多跳网，适合较低速率的中小型网络。对于用户节点而言，它的复杂性和成本较其它拓扑结构高，并存在多径干扰和“远—近”效应。同时，随着网络规模的扩大，其性能指标下降较快。但分布式WLAN将在军事领域中具有很好的应用前景。

　　缩略语注释

　　WLAN：WirelessLocalAreaNetwork，无线局域网

　　FCC：FederalCommunicationsCommission，美国联邦通信委员会

　　OFDM：OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交频分复用

　　ESSID：ExtendedServiceSetID，扩展服务集标识号

　　FCA：FixedChannelAllocation，固定信道分配

　　DCA：DynamicChannelAllocation，动态信道分配

　　PC：PowerControl，功率控制

　　SIR：SignaltoInterferenceNoiseRatio，信噪比

近年来，无线局域网的应用迅速发展，无论在家庭、企业以及公众区都得到较为广泛的应用。国内外不少大的电信运营商也采用了无线局域网技术提供业务，中国电信在广州、深圳、惠州三地率先推出了WLAN“天翼通”无线上网业务，接着还将在全省范围内推出这项业务。本文将对WLAN“天翼通”所采用的设备和技术特点作一简单介绍。
*WLAN技术
WLAN是英文WirelessLAN的缩写，就是无线局域网的意思。无线以太网技术是一种基于无线传输的局域网技术，与有线网络技术相比，具有灵活、建网迅速、个人化等特点。将这一技术应用于电信网的接入网领域，能够方便、灵活地为用户提供网络接入，适合于用户流动性较大、有数据业务需求的公共场所、高端的企业及家庭用户、需要临时建网的场合以及难以采用有线接入方式的环境等。

目前无线以太网的主要产品有802.11b、802.11b+和802.11a。802.11b工作在 2.4G频段上，提供1M、2M、5.5M和11M的自适应速率，用户的实际最高速率可达5M。其无线传输距离可达50至100米。一般一个AP可同时为 25个用户提供服务。不同厂家的网卡和AP之间具有较好的互通性，产品较普及。802.11b+也工作在2.4G上，速率比802.11b高一倍，覆盖距离与802.11b接近，产品与802.11b完全兼容，支持的厂家不少，价格与802.11b几乎相同。802.11a工作在5GHz频段上，速率可达 54Mb/s，覆盖距离最大在20米以内，目前已有产品销售，但价格较高，提供产品的厂家较少。现阶段，广东电信无线局域网的建设基于802.11b技术。在对802.11b+进行测试并进行相应性能的比较后，考虑同时采用802.11b和802.11b+。

*WLAN的基本构件

★无线网卡
无线网卡的作用类似于以太网中的网卡，作为无线网络的接口，实现与无线网络的连接。无线网卡根据接口类型的不同，主要分为三种类型，即PCMCIA无线网卡、PCI无线网卡和USB无线网卡。

PCMCIA无线网卡）仅适用于笔记本电脑，支持热插拔，可以非常方便地实现移动式无线接入。

PCI接口无线网卡适用于普通的台式计算机使用。其实PCI接口的无线网卡只是在PCI转接卡上插入一块普通的PC卡。

USB接口无线网卡适用于笔记本电脑和台式机，支持热插拔。如果网卡外置有无线天线，那么，USB接口将是一种非常好的选择。

★无线网桥
无线网桥也称无线网关、无线接入点或无线AP（AccessPoint），其作用类似于以太网中的集线器。当网络中增加一个无线AP之后，即可成倍地扩展网络覆盖直径。另外，也可使网络中容纳更多的网络设备。通常情况下，一个AP最多可以支持多达30台计算机的接入，推荐数量为25台以下。

需要注意的是，无线AP基本上都拥有一个以太网接口，用于实现无线与有线的连接。从而借助于ADSL或LAN等连接，实现Internet接入共享。

★无线天线
当计算机与无线AP或其他计算机相距较远时，随着信号的减弱，或者传输速率会明显下降，或者根本无法实现与AP或其他计算机之间通讯，此时，就必须借助于无线天线对所接收或发送的信号进行增益。

无线天线有许多种类型，常见的有两种，一种是室内天线，一种是室外天线。室外天线的类型比较多，一种是锅状的定向天线，一种则是棒状的全向天线。

*AP的一般配置
AP一般需要配置的参数包括：

★IP地址
配置IP地址可分为两种情况：
一、网络采用DHCP的方式——在这种情况下，则只需接通电源和接好网线即可。
二、需要指定IP地址——在这种情况下，则需要利用APManager进行配置，APManager是AP生产厂家开发的一个AP管理软件，一般是图形界面的。

★频道
如在同一区域内只存在一个AP，则AP的频道可任选，一般缺省设置为“6”。如果在同一区域内同时存在几个AP，则需要在对每个AP的频道进行配置，以期最大限度的减小相邻AP之间的频率干扰。一般而言，对于采用美国标准的产品（即采用11频道），如果在同一区域内放置了3个AP，则可以将其频道设置为1、 6、11，这样，则不会造成干扰。

★ESSID
可根据需要指定ESSID，如，将ESSID指定为公司名称或其他。为了保证无线网卡在不同的AP之间漫游，需要为这些AP设置相同的ESSID，否则，将无法支持漫游。同样，网卡的ESSID需要设置成与AP的ESSID相同，否则将无法接入。

注意：ESSID区分大小写。

★存取控制列表ACL
可根据需要，利用APManager设置存取控制列表ACL，以此来进一步提高安全性保证。

★WEB加密
可根据需要，利用APManager来设置WEP加密。这一功能主要适用与组建企业内部的无线局域网。当用于公共无线接入时，通常不采用，而是通过其他方式，如Radius认证等来保证安全性

摘要文章介绍了无线局域网的概念及特点，从IEEE802.11X、HiperLAN、HomeRF、中国无线局域网规范等方面介绍了无线局域网标准，介绍了无线局域网结构，并对无线局域网的安全问题进行了讨论，对无线局域网的应用进行了阐述。
　　1．前言

　　通信网络随着INTERNET的飞速发展,从传统的布线网络发展到了无线网络，作为无线网络之一的无线局域网WLAN（WirelessLocalAreaNetwork），满足了人们实现移动办公的梦想，为我们创造了一个丰富多彩的自由天空。

　　2．WLAN的概念

　　WLAN是利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的网络，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它以无线多址信道作为传输媒介，提供传统有线局域网LAN（LocalAreaNetwork）的功能，能够使用户真正实现随时、随地、随意的宽带网络接入。

　　3．WLAN的特点

　　WLAN开始是作为有线局域网络地延伸而存在的，各团体、企事业单位广泛地采用了WLAN技术来构建其办公网络。但随着应用的进一步发展，WLAN正逐渐从传统意义上的局域网技术发展成为"公共无线局域网"，成为国际互联网INTERNET宽带接入手段。WLAN具有易安装、易扩展、易管理、易维护、高移动性、保密性强、抗干扰等特点。

　　4．WLAN的标准

　　由于WLAN是基于计算机网络与无线通信技术，在计算机网络结构中，逻辑链路控制（LLC）层及其之上的应用层对不同的物理层的要求可以是相同的，也可以是不同的，因此，WLAN标准主要是针对物理层和媒质访问控制层(MAC)，涉及到所使用的无线频率范围、空中接口通信协议等技术规范与技术标准。

4.1IEEE802.11X

　　（1）IEEE802.11

　　1990年IEEE802标准化委员会成立IEEE802.11WLAN标准工作组。IEEE802.11（别名：Wi-Fi (WirelessFidelity)无线保真）是在1997年6月由大量的局域网以及计算机专家审定通过的标准，该标准定义物理层和媒体访问控制 (MAC)规范。物理层定义了数据传输的信号特征和调制，定义了两个RF传输方法和一个红外线传输方法，RF传输标准是跳频扩频和直接序列扩频，工作在 2.4000～2.4835GHz频段。

　　IEEE802.11是IEEE最初制定的一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入，业务主要限于数据访问，速率最高只能达到2Mbps。由于它在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，所以 IEEE802.11标准被IEEE802.11b所取代了。

　　（2）IEEE802.11b

　　1999年9月 IEEE802.11b被正式批准，该标准规定WLAN工作频段在2.4-2.4835GHz，数据传输速率达到11Mbps,传输距离控制在50- 150英尺。该标准是对IEEE802.11的一个补充，采用补偿编码键控调制方式，采用点对点模式和基本模式两运作模式，在数据传输速率方面可以根据实际情况在11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps的不同速率间自动切换，它改变了WLAN设计状况，扩大了WLAN的应用领域。

　　IEEE802.11b已成为当前主流的WLAN标准，被多数厂商所采用，所推出的产品广泛应用于办公室、家庭、宾馆、车站、机场等众多场合，但是由于许多WLAN的新标准的出现，IEEE802.11a和IEEE802.11g更是倍受业界关注。

　　（3）IEEE802.11a

　　1999年，IEEE802.11a标准制定完成，该标准规定WLAN工作频段在5.15-8.825GHz，数据传输速率达到 54Mbps/72Mbps(Turbo),传输距离控制在10-100米。该标准也是IEEE802.11的一个补充，扩充了标准的物理层，采用正交频分复用（OFDM）的独特扩频技术，采用QFSK调制方式，可提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps的以太网无线帧结构接口，支持多种业务如话音、数据和图像等，一个扇区可以接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。

　　IEEE802.11a标准是IEEE802.11b的后续标准，其设计初衷是取代802.11b标准，然而，工作于2.4GHz频带是不需要执照的，该频段属于工业、教育、医疗等专用频段，是公开的，工作于 5.15-8.825GHz频带需要执照的。一些公司仍没有表示对802.11a标准的支持，一些公司更加看好最新混合标准――802.11g。

　　（4）IEEE802.11g

　　目前，IEEE推出最新版本IEEE802.11g认证标准,该标准提出拥有IEEE802.11a的传输速率，安全性较IEEE802.11b好，采用2种调制方式，含802.11a中采用的OFDM与IEEE802.11b中采用的CCK，做到与802.11a和802.11b兼容。

　　虽然802.11a较适用于企业，但WLAN运营商为了兼顾现有802.11b设备投资，选用802.11g的可能性极大。

　　（5）IEEE802.11i

　　IEEE802.11i标准是结合IEEE802.1x中的用户端口身份验证和设备验证，对WLANMAC层进行修改与整合,定义了严格的加密格式和鉴权机制，以改善WLAN的安全性。IEEE802.11i新修订标准主要包括两项内容："Wi-Fi保护访问"(Wi- FiProtectedAccess：WPA)技术和"强健安全网络"(RSN)。Wi-Fi联盟计划采用802.11i标准作为WPA的第二个版本，并于2004年初开始实行。

　　IEEE802.11i标准在WLAN网络建设中的是相当重要的，数据的安全性是WLAN设备制造商和WLAN网络运营商应该首先考虑的头等工作。

　　（6）IEEE802.11e/f/h

　　IEEE802.11e标准对WLANMAC层协议提出改进，以支持多媒体传输，以支持所有WLAN无线广播接口的服务质量保证QOS机制。

　　IEEE802.11f，定义访问节点之间的通讯，支持IEEE802.11的接入点互操作协议（IAPP）。
　　IEEE802.11h用于802.11a的频谱管理技术。

　　4．2HIPERLAN

　　欧洲电信标准化协会(ETSI)的宽带无线电接入网络(BRAN)小组着手制定Hiper(HighPerformanceRadio)接入泛欧标准，已推出HiperLAN1和HiperLAN2。HIPERLAN1推出时，数据速率较低，没有被人们重视，在2000年，HIPERLAN2标准制定完成，HIPERLAN2标准的最高数据速率能达到54Mbit/s，HIPERLAN2标准详细定义了WLAN的检测功能和转换信令，用以支持许多无线网络，支持动态频率选择、无线信元转换、链路自适应、多束天线和功率控制等。该标准在WLAN性能、安全性、服务质量QOS等方面也给出了一些定义。

　　HiperLAN1对应1EEE802.11b，HiperLAN2与1EEE082.11a具有相同的物理层，他们可以采用相同的部件，并且，HiperLAN2强调与3G整合。HIPERLAN2标准也是目前较完善的WLAN协议。

　　4．3HomeRF

　　HomeRF工作组是由美国家用射频委员会领导于1997年成立的，其主要工作任务是为家庭用户建立具有互操作性的话音和数据通信网，2001年8月推出HomeRF2.0版，集成了语音和数据传送技术，工作频段在10GHz，数据传输速率达到10Mbps，在WLAN的安全性方面主要考虑访问控制和加密技术。

　　HomeRF是针对现有无线通信标准的综合和改进：当进行数据通信时，采用IEEE802.11规范中的TCP/IP传输协议；进行语音通信时，则采用数字增强型无绳通信标准。

　　除了IEEE802.11委员会、欧洲电信标准化协会和美国家用射频委员会之外，无线局域网联盟WLANA （WirelessLANAssociation）在WLAN的技术支持和实施方面也做了大量工作。WLANA是由无线局域网厂商建立的非营利性组织，由 3Com、Aironet、Cisco、Intersil、Lucent、Nokia、Symbol和中兴通讯等厂商组成，其主要工作验证不同厂商的同类产品的兼容性，并对WLAN产品的用户进行培训等。

　　4．4中国WLAN规范

　　中华人民共和国国家信息产业部正在制订WLAN的行业配套标准，包括：《公众无线局域网总体技术要求》和《公众无线局域网设备测试规范》。该标准涉及的技术体制包括IEEE802.11X系列(IEEE802.11、802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11h、IEEE802.11i)和 HIPERLAN2。信息产业部通信计量中心承担了相关标准的制订工作，并联合设备制造商和国内运营商进行了大量的试验工作，同时，信息产业部通信计量中心和中兴通讯股份有限公司等联合建成了WLAN的试验平台，对WLAN系统设备的各项性能指标、兼容性和安全可靠性等方面进行全方位的测评。

　　此外，由信息产业部科技公司批准成立的"中国宽带无线IP标准工作组（www.chinabwips.org）"在移动无线IP接入、IP的移动性、移动IP的安全性、移动IP业务等方面进行标准化工作。2003年5月，国家首批颁布了由"中国宽带无线IP标准工作组"负责起草的WLAN两项国家标准：《信息技术系统间远程通信和信息交换局域网和城域网特定要求第11部分：无线局域网媒体访问(MAC)和物理(PHY)层规范》、《信息技术系统间远程通信和信息交换局域网和城域网特定要求第11部分：无线局域网媒体访问(MAC)和物理(PHY)层规范：2.4GHz频段较高速物理层扩展规范》。这两项国家标准所采用的依据是ISO/IEC8802.11和ISO/IEC8802.11b，两项国家标准的发布，将规范WLAN产品在我国的应用。

5．WLAN网络结构

　　一般地，WLAN有两种网络类型：对等网络和基础结构网络。

　　对等网络：由一组有无线接口卡的计算机组成。这些计算机以相同的工作组名、ESSID和密码等对等的方式相互直接连接，在WLAN的覆盖范围的之内，进行点对点与点对多点之间的通信通信。
　　基础结构网络：在基础结构网络中，具有无线接口卡的无线终端以无线接入点AP为中心，通过无线网桥AB、无线接入网关AG、无线接入控制器AC和无线接入服务器AS等将无线局域网与有线网网络连接起来，可以组建多种复杂的无线局域网接入网络，实现无线移动办公的接入。

　　6．WLAN应用

　　作为有线网络无线延伸，WLAN可以广泛应用在生活社区、游乐园、旅馆、机场车站等游玩区域实现旅游休闲上网；可以应用在政府办公大楼、校园、企事业等单位实现移动办公，方便开会及上课等；可以应用在医疗、金融证券等方面，实现医生在路途中对病人在网上诊断，实现金融证券室外网上交易。

　　对于难于布线的环境，如老式建筑、沙漠区域等，对于频繁变化的环境，如各种展览大楼；对于临时需要的宽带接入，流动工作站等，建立WLAN是理想的选择。

　　6.1销售行业应用

　　对于大型超市来讲，商品的流通量非常大，接货的日常工作包括定单处理、送货单、入库等需要在不同地点的现场将数据录入数据库中。仓库的入库和出库管理，物品的搬动较多，数据在变化，目前，很多的做法是手工做好记录，然后再将数据录入数据库中，这样费时而且易错，采用WLAN，即可轻松解决上面两个问题，在超市的各个角落，在接货区、在发货区、货架、中仓库中利用WLAN，可以现场处理各种单据。

　　6.2物流行业应用

　　随着我国WTO的加入，各个港口、储存区对物流业务的数字化提出了较高的要求。一个物流公司一般都有一个网络处理中心，还有些办公地点分布在比较偏僻的地方，对于那些运输车辆、装卸装箱机组等的工作状况，物品统计等等，需要及时将数据录入并传输到中心机房。部署WLAN是物流业的一项现代化必不可少的基础设施。

　　6.3电力行业应用

　　如何对遥远的变电站进行遥测、遥控、遥调，这是摆在电力系统的一个老问题。WLAN 能监测并记录变电站的运行情况，给中心监控机房提供实时的监测数据，也能够将中心机房的调控命令传入到各个变电站。这是WLAN在电力系统遍布到千家万户，但又无法完全用有线网络来检测与控制的一个潜在应用。

　　6.4服务行业应用

　　由于PC机的移动终端化、小型化，一个旅客在进入一个酒店的大厅要及时处理邮件，这时酒店大堂的InternetWLAN接入是必不可少的；客房Internet无线上网服务也是需要的，尤其是星级比较高的酒店，客人可能在床上躺着上网，客人希望无线上网无处不在，由于WLAN的移动性、便捷性等特点，更是受到了一些大中型酒店的青睐。

　　在机场和车站是旅客候机候车的一段等待时光，这时打开笔记本电脑来上上网，何尝不是高兴的事儿，目前，在北美和欧洲的大部分机场和车站，都部署了WLAN，在我国，也在逐步实施和建设中。

　　6.5教育行业应用

　　WLAN可以让教师和学生对教与学的时时互动。学生可以在教师、宿舍、图书馆利用移动终端机向老师问问题、提交作业；老师可以时时给学生上辅导课。学生可以利用WLAN在校园的任何一个角落访问校园网。WLAN可以成为一种多媒体教学的辅助手段。

　　6.6证券行业应用

　　有了WLAN，股市有了菜市场般的普及和活跃。原来，很多炒股者利用股票机看行情，现在不用了，WLAN能够让您实现实时看行情，时时交易。股市大户室也可以不去了，不用再为大户室交纳任何费用。

　　6.7展厅应用

　　一些大型展览的展厅内，一般都布有WLAN，服务商、参展商、客户走入大厅内可以随时接入Internet。WLAN的可移动性、可重组性、灵活性为会议厅和展会中心等具有临时租用性质的服务行业提供了盈利的无限空间。

　　6.8中小型办公室/家庭办公应用

　　WLAN可以让人们在中小型办公室或者在家里任意的地方上网办公，收发邮件,随时随地可以连接上Internet,上网资费与有线网络一样，有了WLAN，我们的自由空间增大了。

　　6.9企业办公楼之间办公应用

　　对于一些中大型企业，有一个主办公楼，还有其他附属的办公楼，楼与楼之间、部门与部门之间需要通信，如果搭健有限网络，需要支付昂贵的月租费和维护费，而WLAN不需要，也不需要综合布线，一样能够实现有限网络的功能。

　　7．WLAN安全

　　WLAN应用中，对于家庭用户、公共场景安全性要求不高的用户，使用VLAN（VirtualLocalAreaNetworks）隔离、MAC地址过滤、服务区域认证ID（ESSID）、密码访问控制和无线静态加密协议WEP (WiredEquivalentPrivacy)可以满足其安全性需求。但对于公共场景中安全性要求较高的用户，仍然存在着安全隐患，需要将有线网络中的一些安全机制引进到WLAN中，在无线接入点AP（AccessPoint）实现复杂的加密解密算法，通过无线接入控制器AC，利用PPPoE或者 DHCP+WEB认证方式对用户进行第二次合法认证，对用户的业务流实行实时监控。这方面的WLAN安全策略有待于实践与进一步探讨并完善。

MIMO前端模块设计中的效率、功耗和尺寸问题
上网时间 : 2006年10月06日    打印版   推荐给同仁   发送查询

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多输入/多输出(MIMO)技术正在成为下一代无线局域网(WLAN)标准802.11n的基础。MIMO设备采用多个发射和接收天线，能够提供更高的数据率和更大的吞吐量。这种性能上的增强，可以轻而易举地与已有的无线产品融合在一起，以实现不同产品系列的规模经济效益。

但这些优势常常遮挡住了MIMO技术另外两项优点的锋芒：与现有802.11a/b/g标准相比，MIMO的作用距离增加了20%到 30%，并且具有向后兼容802.11a/b/g的能力。向后兼容能力使得开发人员在家中、办公室和旅途中都能使用相同的设备。在能够使用802.11n 的地方，802.11n客户端卡就采用802.11n；如若不然，就退回来使用现有热点提供的802.11a/b/g。　

与竞争标准相比，802.11n的最大优势是它使用与802.11a/b/g标准相同的2.4GHz和5GHz频谱，使得制造商能够充分利用工艺技术、元器件和供应商的规模经济优势，其结果就是高速网络的费用更能为人们所承受。

尽管MIMO技术的性能优势突出，但也面临着目前无线产品尺寸不断缩小、功耗及成本日益降低带来的挑战。在比较MIMO前端模块(FEM)的集成度时，进行严格的同模比较非常重要。某些时候，功能性不如RF特性(输出功率、EVM)显眼，但它对成本而言非常重要，且决定着电路板面积。设计者应该了解下面几个问题：

# 控制接口：控制接口是CMOS的吗？如果不是，将需要额外的电路来连接前端模块和IC。

# 偏置电压：前端模块需要偏置电压吗？若答案是肯定的，则常常需要额外的稳压器来提供典型范围在2.7到2.9V之间的偏置电压，并利用附加的晶体管电路来启动/关闭偏置电压。除了尺寸和成本，前端模块的性能也直接与偏置电压相关，而偏置电压又会随温度和电压而变化。

尽管开发人员可能认为电流消耗与外形尺寸没有关联，但事实上，由前端模块电流消耗所引起的每三个问题中，就有两个与外形尺寸直接相关。

一直以来，电流消耗直接影响电池寿命。产品开发人员希望以最低的电流消耗获得最高的功率，有时甚至愿意稍微牺牲一些输出功率，以便电池的使用寿命能比以前延长10%。MIMO应用中也存在同样的问题，而且情况更糟，因为这些应用里有两个完整的发射链路同时工作。

这意味着前端模块供应商必须开发出效率更高、电流消耗更低的模块来满足MIMO市场的需要。倘若MIMO进入PDA、手机和游戏机等电池更小的嵌入式应用领域，这个问题的解决就显得更加紧迫。

作者：Andrew Parolin

无线数据产品总监

SiGe半导体公司

802.11T：WLAN测试有章可循
作者：朱新亚　

2004 年7月IEEE成立了802.11T任务组以开发一种测试规范文件——802.11无线性能评价推荐实践，该规范预期在2008年1月结束。通过这个任务组的建立，IEEE了解到向用户提供一个评价802.11产品功能与性能的客观方法的需求。802.11T文件在使用案例中定义了测试标准。三个主要的使用案例是数据、延迟时间敏感与流媒体。

数据

数据应用包括Web下载、文件传输、文件共享和e-mail等，它们并不会对网络提出苛刻的要求。通常面向数据的通讯在传输过程中都被赋予较低的优先权。对于数据使用来说，主要的性能测试标准包括：相对于覆盖范围的数据吞吐量，接入点容量，以及每客户端的接入点数据吞吐量。

延迟时间敏感

延迟时间敏感应用是时间优先的，例如Wi-Fi上的VoIP。这类应用的QoS要求包括：相对于覆盖范围的语音质量，相对于网络负载的语音质量，以及相对于通话负载和BSS的语音质量。

BSS是一个单接入点网络，类似于蜂窝环境下的一个单元。BSS转换被定义为某个移动台站从一个接入点漫游到另一个接入点的过程。

流媒体

流媒体应用包括实时音频／视频流、存储内容流和多点传输高精度电视流。这些应用要求最严格的QoS，包括带宽与延迟时间的保证。其性能标准包括相对于覆盖范围的视频质量和相对于网络负载的视频质量。

做为上面列出标准的补充，目前版本的802.11T还规定了如下标准：相对于路径损失的数据吞吐量，快速BSS转换，接受器灵敏度，以及接入点容量和关联性能。802.11T定义了两种测试环境：导线测试和无线测试。草案中的大多数测试需要一个导线测试环境，用于仿真移动并实现测试的可重复性。

导线测试环境提供射频隔离并能够仿真受控的移动，这样移动设备能够在一种可重复和预先规定的方式下接受测试。在导线测试环境下，每台测试装备中的设备被放置于屏蔽室内加以隔离。射频电缆将每台设备的天线端口通过可编程的衰减器与其他设备相连。测试装备中，衰减器通过控制设备间的路径损耗来仿真距离。使用屏蔽和滤波来保护测试装备免受外部干扰，并实现设备与设备之间的隔离。

设备隔离断绝了通过衰减器以外的其它信号通路。由于802.11标准极宽的动态范围，在测试装备中任何两台设备之间的隔离必须大于110dB。这样的隔离实现起来比较困难，特别是在5GHz的频带。

对于可接受的企业网络性能来说，没有合适的测试，无线设备和网络不能够可靠提供必要的数据吞吐量、客户端容量、安全或故障容许度。802.11T的目标就是能够在一个基于公共和可接受的性能标准集之下，实现802.11无线设备的测试、对比和配置规划。802.11T将有助于保证802.11产品达到企业网络的挑战和要求，并帮助IT管理者选择最快最强的802.11产品来适应不利的网络条件。

802.11T工作流程

802.11T提供了测试Wi-Fi设备性能和稳定性的一个统一方式，如下：

1.一个厂商研究与开发小组准备测试一台新的802.11设备性能。

2.厂商实验室遵循802.11T来评定产品性能。同时，由Network World（网络世界）这样的专业媒体在自己的实验室中使用802.11T做为测试规范，对产品进行基准测试。

3.Wi-Fi联盟对产品进行认证。

4.产品准备上市。

基于802.11n草案标准的无线路由器揭密
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Micrel Semiconductor
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随着电信行业的三重服务(triple-play)设想开始逐渐成为现实，无线集线器变得前所未有的重要。同时对于消费环境中日益增加的庞大数据量，传统的Wi-Fi 802.11b/g解决方案已显得力不从心。然而通过802.11n(仍然为草案形式)及其专有扩展部分，将有可能建立一个全无线环境，使得用户通过一根线缆就能够进行网上冲浪、VoIP聊天、观看IP电视等活动。

美国网件(Netgear)公司的WNR854T就是这么一款符合802.11n草案标准的路由器，其后向兼容802.11b/g，可提供高达300Mbps无线连接速率。当然，实际上这个数值会受限于网络环境，以及连接链路两端所使用的兼容设备。一言以蔽之，虽然理论带宽非常诱人，但实际可用带宽也许只能达到理论带宽的一半而已。即便如此，没有高度安全保障的高速率也是徒劳无益的，因此WNR854T设计了完整的防火墙(NAT，SPI) 和接入控制(WPA、WEP、MAC 认证)以应对安全问题，甚至还内置了DOS防范和入侵检测等安保措施。

核心通信功能的实现

WNR854T几乎完全基于Marvell公司的芯片来实现核心通信功能，其中使用了该公司的Top Dog多入多出(MIMO) 技术。该MIMO技术采用2×3拓扑结构，实现两条发射通道、三条接收通道，以及多种天线分集模式。从其它竞争产品的外观上往往会看到一些样式怪异的天线阵列，与之不同的是，WNR854T采用了一种精致的白色机箱，所有电路都密封在这个外型简单的盒子里。其所有的电子元件分布在两个表面贴装组件中，一个是基础的联网和路由器主板，用于有线线路和控制方面；另一个负责所有的无线连接功能。而在较大的主板上，关键的部分则是一个8端口千兆位交换机——Marvell 88E6131，负责宽带连接和WNR854T背板上四个硬连线以太网端口的选择，另外，该主板上还有两个成为四端口有线以太网分配阵列的端口1和端口2 的Marvell收发器。

Marvell 88F5180为这款路由器提供处理器，它连接到交换芯片和无线数据卡，并可能提供所有的网络安全功能。88F5180处理器所需的内存由英特尔的8MB NOR闪存(28F640)和两个Nanya NT5DS8M16FS DDR SDRAM芯片(共32Mb)组成。Marvell甚至还提供了组件中用来实施系统功率管理的开关稳压器。上面提到的这种无线数据卡可插入到位于 88F5180背面的一个123引脚边卡连接器上。可插入卡意味着可以在其他的终端系统中使用同一块板卡，即使这些系统围绕无线802.11x功能的连接特性可能不同。这些无线网卡器件仍主要来自于Marvell。两块主芯片是基带/媒体访问控制器(88W8361)与802.11x收发器 (88W8060)。而提供基带/MAC存储器的8MB EtronTech SDRAM需要从本地连接到无线网卡。还有一个Atmel 4kB E2PROM用于代码存储。此外，本地供电系统往往还需要一个Marvell开关稳压器。

图：WNR854T无线路由器的核心通信功能主要靠Marvell的芯片来实现

为了建立2×3 MIMO空中接口，在两条发射通道和三条单独的接收输入线路上采用了两个飞兆半导体的RMPA2458 RF功率放大器。对于两个发射通道，采用一个Skyworks简单砷化镓SPDT开关来进行发射和接收模式之间的切换。而在中心的只接收信道，也采用了类似的开关来选择接收中心天线或将之接地。

天线组件以一种扇形结构固定在机箱内部，并经由三个RF同轴插头连接到无线网卡。天线本身基于同轴不平衡馈送式偶极，因为天线和屏蔽的一半连接到作为第二个辐射元件的金属馈送管，其中心导线没有辐射屏蔽。这种天线非常易于制作，故而对消费产品而言极具成本效益。

在实现芯片认证的过程中，Netgear逐渐成为核心电子产品设计的品牌厂商和营销前端。虽然终端封装和机箱设计不同，但在ODM SparkLAN(速连通讯)的产品说明上可看到相同的电路板。似乎Netgear采用了速连通讯的基本电子平台(其本身可能是一个Marvell参考设计)，重新设计或重新设定了封装类型以及所用的内部天线单元。

Q：    什么叫无线网络？
   A：  所谓无线，顾名思义就是利用无线电波来传输信息，就应用层面来讲，它与有线网络的用途完全相似，两者最大的不同在于传输数据的媒介不同。除此之外，正因为它是无线，因此无论是在硬件架设或使用的机动性方面均比有线网络具有更多的优势。
   Q：  何谓网桥(Access Point)？
   A：  Access Point，通常又称为网络桥接器（网桥），顾名思义即充当有线局域网络与无线局域网络的桥梁。因此任何一台装有无线网卡的PC均可通过AP去分享有线局域网络甚至广域网络的资源。除此之外，AP本身还兼具有网管的功能，可对它覆盖范围内的无线终端进行管理。
   Q：  Ad-hoc是什么意思？
   A：  是一种特殊的无线网络应用模式（对等模式），一群计算机接上无线网络卡，即可相互连接，资源共享，无需透过网桥（AP）。
   Q：  何谓Infrastructure？
   A：  一种整合有线与无线局域网络架构的应用模式（接入模式）。透过此种架构模式，即可实现网络资源的共享，此应用需透过Access Point。
   Q：  什么叫BSS、ESS 、WEP？
   A：  BSS是一种特殊的Ad-hoc局域网的应用，称为Basic Service Set (BSS)。一群计算机设定相同的BSS，即可自成一个group，而此BSS名称，即所谓的BSSID。
ESS是一种infrastructure的应用，一个或多个以上的BSS，即可被定义成一个Extended Service Set ( ESS )，使用者可于ESS上roaming及存取BSSs中的任何资料，其中AP必须设定相同的ESSID及channel才能允许roaming。
WEP是“Wired Equivalent Protection ”，一种将数据加密的处理方式，WEP 40bits/128bits的encryption 是IEEE 802.11的标准规范。通过WEP的处理便可使我们的数据传输更加安全。
   Q：  无线网络对人体是否有所影响？
   A：  因无线网络的发射功率较一般的移动电话要微弱许多（无线网络发射功率约10~70mW，而移动电话发射功率约200mW左右），而且使用的方式也并不像手机一样和人体直接接触，因此对人体没有影响。
   Q：  何谓漫游(Roaming)功能？
   A：  和移动电话一样，无线网络工作站也可漫游在不同的AP之间，只要AP及它覆盖范围内的无线终端的Channal及ESSID（Extended Service Set ID)相同，无线终端就可在AP的覆盖区域内自由访问网络。

 浅谈OFDM原理及其应用
2004-3-23

    摘要：本文从OFDM系统模型入手，先介绍OFDM的基本原理，再介绍OFDM在数字音频广播（DAB）和数字电视广播（DVB）中的应用，最后介绍 OFDM在通信领域（无线ATM网络演示设备、无线局域网、非对称数字用户线和多输入多输出多媒体技术）中的应用。
    　　关键词：正交频分复用数字音频广播数字视频广播无线ATM演播室
    无线局域网非对称数字用户线多输入多输出
    　　中图分类号：TN9343文献标识码：A
    　　1OFDM原理
    　　11概述
    　　正交频分复用（OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）是一种多载波数字调制技术，也可以被当作一种复用技术。具有频谱利用率高、抗多径干扰等特点，OFDM系统能够有效地抵抗无线信道带来的影响，例如信道的频率选择性衰落，脉冲噪声和共信道干扰的影响。
    　　12OFDM系统模型
    　　OFDM系统的调制器、解调器的原理框图如图1所示。每个子载波上的信号采用差分相位键控（PSK）调制方式。
    　　一个OFDM符号之内包括多个经过调制的子载波的合成信号，其中每个子载波都可以受到相移键控（PSK）或者正交幅度调制（QAM）符号的调制。采用复等效基带信号来描述OFDM的输出信号，其中实部和虚部分别对应于ＯFDM符号的同相和正交分量，在实际中可以分别与相应子载波的cos分量和sin分量相乘，构成最终的子信道信号和合成的OFDM符号。OFDM符号频谱可以满足奈奎斯特准则，即多个子信道频谱之间不存在相互干扰，但这是出现在频域中的。这种一个子信道频谱的最大值对应于其它子信道频谱的零点可以避免子信道间干扰（ICI）的出现。

    　　21数字音频广播（DAB）
    　　OFDM在数字广播电视系统中应用，其中数字音频广播（DAB）标准是第一个正式使用OFDM的标准。选择OFDM作为数字音频广播和数字视频广播（DVB）的主要原因在于：OFDM技术可以有效地解决多径时延扩展问题。
    　　DAB是在现有模拟AM和FM音频广播的基础上发展起来的，它可以提供更优质的语音质量、更新的数据业务以及更高的频谱效率，它所提供的语音质量可以与 CD音质相媲美。在DAB系统中使用OFDM的一个重要原因就是可以使用单频网络，这样就可以大大提高系统的频谱效率。在单频网络中，用户从不同的接收机同时接收相同的信号。由于不同发射机之间存在传播差异，因此不同的达到信号之间会存在时延，这一点可从图3中看到，其中不同的信号时延（距离差异除以光速）先后到达用户。而对于用户来说，这种情况相当于两径的衰落信道。因此，只要这两个信号之间的传播差异小于OFDM符号的保护间隙，就不会出现ISI和 ICI。两个时间移位信号的叠加，使得合成信号处于深度衰落的概率要远远低于一个信号处于深度衰落的概率，故可获得分集接收的好处例如当两个发射机相距 40km，信号的时延扩展会达到133μs。
    　　系统中存在的另外一种限制就是多谱勒频移和接收机内本地振荡器的频率波动，这就要求在子载波之间必须存在最小的频率间隔，由此存在最大的符号周期长度限制。对于工作于240MHz的DAB系统来说，如果车辆移动速度为31m/s，则多谱勒频移可以达到25Hz，为了尽量减少由此造成的子载波间的干扰，子载波间隔必须远远大于多谱勒频移。被发送的DAB信号的构成可以参见图4。
    　　音频编码器接收2路的音频立体声数据样值，其中以48kHz进行采样，每个样值中包括16个比特，因此每信道的总速率为768kbit/s。然后，音频编码器的输出与伪随机序列进行模2加，实现加扰，其中伪随机序列可以来自9比特的反馈移位寄存器。实施这种加扰的目的在于确保被发送信号的频谱能够适当被分布在频谱范围内。此外，如果需要的话，标准中还需要考虑采用额外的加密算法。
    　经过加扰的数据再进行卷积编码。首先经过编码速率为1/4、约束长度为7的卷积码进行编码，提供对抗衰落的能力。然后，可以通过凿孔操作，把编码效率提高 8/n，其中n可以界于9到32之间的任何整数。根据所要求误码率，每个音频信道可以具备不同的编码效率。如果n＝9，则可以得到最大的数据速率为 1536×2×8/9×1/1246×10－3＝2 　　2Mbit/s。
    　　最后对编码数据在频域内进行交织，以避免深衰落情况对一组子载波造成的不利影响。
    　　把多个音频信道复用，并且与包含其它数据的信号组合在起来。信号可以以帧为单位进行组织，见图5。帧内可以包含2个同步符号、3个数字额外开销符号，然后跟随72个符号的音频复用信息。这样，一帧的长度大约为77×1246＝96ms。把额外开销符号和信息符号分配给子载波之前，要对它们实施交织，使得信号进一步被随机化。
    　　第1个同步符号可以是空符号，这是一段静音时间，其长度要稍大于常规OFDM符号的长度，通过简单的包络检测，就可以粗略地实现帧对齐。第2个同步符号为固定值，用于提供精确同步，以及为随后符号的差分解调提供参考相位。额外开销比特中携带对随后信息进行译码所必需的参数。未经处理的原始比特速率可以通过下式计算：
    原始比特速率＝72个符号×1536个子载波/符号×2比特/子载波/0096s＝23Mbit/s如上所述，每个子载波内都可以采用差分QPSK 调制，这种差分编码可以在同一个子载波的时域内实施，而不是在频域内实施。差分调制放松了对同步的要求，并且由于不要求信道估计，因此还可以简化接收机的设计，但是其代价是2dB的信噪比损耗。为了获得满意的传输效果，OFDM必需大于最大多谱勒频移，也就是说，OFDM符号周期要小于信道的相干时间。
    22数字电视广播（DVB）
    地面DVB通过两种模式利用OFDM，即分别采用子载波个数为1705和6817的OFDM技术，根据两种子载波数量所需要的FFT/IFFT的规模，这两种模式也分别被当作2k模式和8k模式。存在两种模式的主要原因在于人们对8k子载波模式存有疑虑，而2k系统是8k系统的简化版本，其中只需要1/4 的子载波数量。由于保护间隔也缩小了四倍，因此在单频网络内，2k系统处理时延扩展以及发射机之间传输差异的能力就要下降。8k系统的FFT长度为 896μs，而保护间隔可以介于28μs到224μs之间。而2k系统内的相应取值都要缩小4倍。
    　图6给出DVB-T系统的发射机的框图。输入数据被分为若干组，每组内包含188个字节，它们经过扰码以及外R-S（204，188，T＝8）编码，能够在204个字节帧内纠正8个错误字节。然后，经过外编码的比特再由交织器进行交织，在12个字节深度内按字节进行交织。并且再按编码的效率可以被提高到2/3、3/4、5/6或7/8。最后，卷积编码比特再经过内交织器的交织，被映射为QPSK、16QAM或64QAM符号。
    　　DVB -T系统的接收机框图参见图7。模拟前端信号经过降频转换和A/D转换之后，数字AGC被用于调整模拟前端电路的可变增益放大器（VGA）的增益。粗频率偏差纠正用于降低子信道间的干扰。频率偏差估计利用固定导频信号进行初始估计，利用均匀分布的导频信号进行随后的精确同步。为了保证检测和软译码的准确性，还要进行信道估计，其中利用导频信号进行信道估计，并且还利用时域和频域的内差，获得所有信号位置的信道估计。
    　　23Magic WAND
    　　Magic WAND（无线ATM网络演示设备）是欧洲ACTS（高级通信技术和服务器）项目中一个组成部分。Magic WAND研制人员在OFDM调制的基础上，设计实施ATM网络。这一设计方案为5GHz频段内的标准化工作带来巨大的影响。首先，通过采用基于OFDM的调制解调器，使OFDM得到了广泛的认可，使其可以作为高速无线通信中的可变速率调制类型。其次，Magic WAND中基于ATM的无线方案构成HIPERLAN/2标准中的数据链路层的基础。
    　　OFDM子载波采用8PSK调制。如果符号速率为133M符号/秒，则可以获得40Mbit/s的原始比特速率。速率为1/2的互补编码把比特速率降低到20Mbit/s。子载波间隔为125MHz，3dB带宽为20MHz。
    　　图8中给出WAND OFDM使用的OFDM接收机的框图。RF接收机负责对信号进行放大，以及实施降频转换。由于要求在接收开始的3μs时间内，就要确定自动增益控制的增益值，因此这也是接收机实施的难点之一。模拟/数字转换（A/D）之后，必需要对信号频率进行估计，并且加以纠正。
    　　如果可以准确地确定FFT窗口的起始位置，则接收机可以得到16个子信道中的符号中的符号幅度和相位估计。从初始训练序列开始，接收机必须能够得到并且能够跟踪所有子信道的参考相位。最终经过相位补偿之后，可以从16个子载波复信号中得到个比特。
    　　24IEEE 80211、HIPERLAN/2和MMAC无线局域网标准
    　　WLAN系统的一个典型例子就是Lucent公司的WaveLAN，其早期系统在900MHz或24GHz频段中采用直接序列扩频（DSSS）或跳频扩频（FHSS）的物理层技术，提供2Mbit/s的数据传输速率，现在的系统能提供55Mbit/s和11Mbit/s的速率，甚至实现 54Mbit/s的传输速率。WaveLAN的LLC子层使用CRC校验，MAC子层使用带有冲突避免的载波监听多址接入技术（CSMA/CA），并且可以与以太网兼容。
    　　WLAN的标准主要有IEEE 80211，它是工作于24GHz ISM频段的第一个WLAN标准，其中规定使用不同的物理层技术——直接序列扩频、调频，可以提供2MHz/s的数据速率。IEEE 80211a工作在5GHz频段，利用OFDM作为物理层技术，提供6MHz/s到54MHz/s的数据速率。
    　　图9中给出IEEE 80211a中的OFDM收发机的基带处理通用框图。在发射机路径中，二进制输入数据经过标准的1/2效率的卷积编码。通过对编码数据实施凿孔操作，编码效率可以提高到2/3或3/4。经过交织之后，二进制数据被转换为QAM复数符号。为了便于相干检测，在48个数据值中需要插入4个导频符号，这样在每个OFDM符号内就可以得到52个QAM复数值，然后经过IFFT，把这些符号调制到52个子信道中。为了使系统对抗多径衰落，需要在符号之间插入保护间隔。而且为了得到较小的带外辐射，还需要对符号进行加窗处理。最后，数字输出信号被转换为模拟信号，然后升频到5GHz的频段，经过放大，通过天线被发送。
    　　OFDM接收机执行发射机的逆操作，同时还需要执行附加的训练过程。首先，接收机必须利用前同步域中的特殊训练符号去估计频率偏差与符号定时。然后实施FFT解调，恢复所有子信道中的52个QAM复数值。导频符号用于纠正信道影响，以及剩余的相位漂移。然后把QAM复数值映射为对应的二进值。最后，对这些比特信息实施维特比译码，以恢复发送的二进制数据。
    　　一个称作宽带无线接入网（BRAN）的ETSI的工作组研制HIPERLAN的其它扩展标准，目前存在有3种HIPERLAN的扩展标准，分别是：
    HIPERLAN/2，确保QoS的无线室内局域网；
    HiperLink，无线室内骨干网；
    HiperAccess，提供接入到有线基本网络的室外固定网。
    　　在日本，设备制造商、业务提供商以及邮电部也开始合作研制多媒体移动接入通信系统（MMAC），定义类似于IEEE80211与ETSI BRAN的新无线标准。此外，MMAC还试图在30～300MHz的频段内，探索可以提供155Mbit/s的大容量数据传输的超高速无线LAN的可能性。1998年7月，IEEE80211标准决定选择OFDM作为5GHz频段标准的基础，目标是提供6~54Mbit/s的数据速率，这是第一个把 OFDM用于分组业务的通信标准，在IEEE80211标准组做出这一决定之后，ETSI BRAN和MMAC也相继采用OFDM作为其物理层的技术，上述3家机构已经密切的合作，以尽量减小各个标准间的差别，使得他们的产品能够相互兼容。
    　　25非对称数字用户线（ADSL）
    　　ADSL是由Bellcore的Joe Lechleider于20世纪80年代末首先提出的利用电话网用户环路中的铜双胶线传送双向不对称比特率数据的方法。ADSL基本系统如图10所示，它由安装在电话线两端的一对高性能调制解调器组成，可提供三条信息通道：高速下行信道，中速双工信道和普通电话业务（POPT）信道。ADSL采用频分复用技术，利用滤波器分离不同信道的信息，ADSL设备发生故障，POPT业务不受影响。高速下行信道的速率范围为15～6Mbit/s，双工信道的速率范围为16～640kbit/s，每条信道还可以通过多路复用分割成多条低速信道。目前的ADSL模型可提供符合北美或欧洲标准的数字系列速率，而且还可为 AMT提供可视（VOD）、接入Internet、远程医疗、远程教育等。今天，ADSL与全光纤用户网（FITL）以及光纤/同轴混合接入网（HFC）一起，成为实现宽带信息接入的重要手段。
    　　ADSL技术是自适应数字滤波器技术，超大规模集成电路技术和对本地用户环路的充分了解三方面综合发展的结果。它采用数字信号处理的方法和有创造性的算法将信息压缩，并通过双胶线进行传输。在调制技术方面，ADSL先后采用正交幅度调制（QAM），无载波幅度相位调制（CAP）和离散多音（DMT）调制等三种调制技术。CAP与QAM无本质区别，CAP是无载波的QAM，它们的信号功率谱均为带通型的，但CAP比QAM更灵活，实现费用更低。由于DMT比QAM能提供更高的下行速率和更远的传输距离，因而被美国国家标准学会（ANSI）选定为 ADSL的传输实用标准。
    　　26MIMO OFDM
    　　多天线技术可以有效地改善系统容量及其性能，而且还可以显著地提高网络的覆盖范围和可靠性，因此特别适用于互联网和多媒体业务。多输入多输出（MIMO）OFDM系统，在衰落环境中，在发射机和接收机配有多天线可以获得分集的好处。采用多个天线，就会相应生成多个空间信道，而且若干个空间信道不太可能同时处于深衰落中。如果在基站处采用2副发送天线和3副接收天线，而移动台一侧采用1副发送天线和3副接收天线，则与单一输入单一输出系统相比，这种系统通过降低衰落容限，使得链路预算可以获得10~20dB的改善。此外，2副发送天线可以用于提高高速数据传输速率，即在特定信道条件下，通过2副天线向用户发送独立的数据流，这种技术也被称作空间复用。在接收机一侧，采用多天线分离空间复用数据流，并且还可以抑制干扰。MIMO OFDM系统内组合使用两种关键技术：即多输入和多输出（MIMO）天线和正交频分复用（OFDM）调制。
    　　3小结
    　　OFDM系统具有频谱利用率高、抗多径干扰等特点，能够有效地抵抗无线信道带来的影响，包括信道的频率选择性衰落、脉冲噪声和共信道干扰的影响。OFDM还易于结合空时编码、分集、干扰（包括ISI和ICI）抑制以及智能天线等技术，最大限度地提高物理层信息传输的可靠性。如果再结合自适应调制、自适应编码以及动态子载波分配、动态比特分配算法等技术，可以使其性能进一步得到优化。OFDM技术在近年来已经得到越来越广泛地关注，其应用领域也越来越广泛，因此了解 OFDM系统基本原理具有一定的参考价值。▲
    参考文献
    ［1］佟学俭、罗涛·OFDM移动通信技术原理与应用·人民邮电出版社，2003年。
    ［2］Juha Heiskala、John Terry著，杨晓春、何建吾等译·OFDM无线局域网·电子工业出版社，2003。
    ［3］王亚莉，何非，张海林，王育民·一种适用于瑞丽衰落信道的有效的OFDM时频同步体制·《通信学报》，2003年第1期。
    作者简介：严添明，男，1967年出生，讲师，东南大学信息与信号处理专业硕士。研究方向：信息与信号处理。从事电子、通信与信息专业课教学，多篇论文在CN刊物发表。

BPSK 2进制相移键控   QPSK  四相位相移键控

 无线局域网采用的补偿码键控调制方式
Compensation Code Keying (CCK) Modulation Mode Used in Wireless LA

802.11b/11a/11g之横向比较
新客网 XKER.COM 2007-01-10 来源： 收藏本文

　　提及802.11b的最大缺点，想必大部分人都会对其速度略有微词。虽然11Mbps（实际值为550～600kB/s）的传输速率对大多数宽带用户的接入速度来说已经足够，但该性能指标却不能满足日益增长的宽带网络的需求。即便是个人用户，目前国内不少家庭的宽带接入速度也已超过 1MB/s，无论802．11b如何改进，它已呈现出力不从心的态势。
　　
　　从另一个角度来看，WLAN的应用也不仅仅是满足于客户端计算机的Internet接入。出于无线局域网“无线”的特性，许多个人及商业用户均希望将其相应的“家庭局域网”和“公司局域网”通过无线来组建，从而实现大容量数据的无线传输，此时相比有线局域网，WLAN的速度瓶颈则更加相形见绌。再加上早期802.11b标准的安全性问题，注定了它与主流应用的无缘。
　　
　　作为802.11b的继承者，802.11a和802.11g均具备优秀的素质。首先，它们都是经IEEE（电子与电气工程师协会）批准的无线局域网规范，标准的确立也就意味着厂商们的认可和支持；其次，它们都拥有高达54Mbps的传输速度（实际传输速率可达3MB/s之多），非常接近传统100M有线局域网传输速率的一半，如此一来，大容量数据传输便得到了一定的解决；最后在安全性上，802.11a和802.11g较 802.11b也要更胜一筹。然而在目前的市场上，我们很少看见有基于802.11a标准的无线网络产品。特别是随着Intel Dothan处理器的发布，主流高端笔记本电脑上几乎清一色地配备了Intel Pro 2200 b/g无线网卡，主流无线AP也大多为802.11b/g规范，是什么原因让802.11a标准受到市场的冷落？
　　
　　802.11g 与802.11a一样拥有54Mbps的传输速率。其中802.11a在信道可用性方面更具优势。这是因为802.11a工作在更加宽松的5GHz频段，拥有12条非重叠信道。而802.11g只有11条（802.11b同为11条），并且只有3条是非重叠信道（信道1、信道6、信道11）。因此 802.11g在协调邻近接入点的特性上不如802.11a。由于802.11a的12条非重叠信道能给接入点提供更多的选择，因此它能有效降低各信道之间的“冲突”问题；此外，802.11a独特的5GHz工作频段也在抗干扰性上优于802.11b/g，因为在日常生活中，许多电子设备都是基于 2.4GHz频段工作的，这正好与802.11b/g的工作频段相同并产生冲突（举个例子，如果你的家中同时安装有无线局域网和无绳电话，那么当你使用无绳电话时便会发现通话效果时好时坏，这就是典型的干扰问题），如蓝牙设备、微波炉等。
　　
　　5GHz工作频段具有2.4GHz无法比拟的抗干扰优势，但同时也预示了802.11a的灭亡。由于频段较高，使得802.11a的传输距离大打折扣。以往802.11b无线AP的覆盖范围为 80~100米（室内），而802.11a仅有30米左右。5GHz频段的电磁波在遭遇墙壁、地板、家具等障碍物时的反射与衍射效果均不如2.4GHz频段的电磁波好，因而造成802.11a覆盖范围偏小的缺陷；其次，由于设计复杂，基于802.11a标准的无线产品的成本要比802.11b高的多。据一份市场调查显示，802.11a产品的售价至少比802.11b高出四倍以上，在价格敏感的前提下，它很难替代已成主流的802.11b；最后就是 802.11a致命的兼容性问题，其独特的5GHz频段无法与802.11b兼容，要知道目前全球有几千万个采用802.11b标准的无线局域网，如果从现有的802.11b网络过渡到802.11a，光是更换无线AP的费用就十分可观，更不用提数量更为庞大的无线网卡了。尽管后来厂商们考虑到兼容性问题，将产品做成了802.11a/b双频、甚至802.11a/b/g三频模式，但也改变不了成本过高、802.11a大势已去的现状，在2002年几千万颗Wi-Fi产品的芯片出货量中，只有不到10万颗是基于802.11a标准。
　　
　　市场对802.11a的怀疑，让802.11g 迅速成为厂商们追捧的对象。和802.11a相比，802.11g在提供了同样54Mbps的高速下，采用了与802.11b相同的2.4GHz频段，因而解决了升级后的兼容性问题。同时802.11g也继承了802.11b覆盖范围广的优点，其价格也相对较低。当用户过渡到“g网”时，只需购买相应的无线AP即可，而原有的802.11b无线网卡则可继续使用，灵活性较802.11a要强得多。
　　
　　802.11a已渐渐淡出市场，但它不会完全消失，至少在更新、更强、优点更出众的标准问世之前不会被市场完全抛弃。随着WLAN在无线语音传输和矿山、医院等领域应用，其抗干扰性强和多信道的设计仍是802.11b/g所望尘莫及的。因此我们有理由相信在未来的一段时间内，802.11a、802.11b、802.11g可能还会三足鼎立（虽然802.11a在市场份额上可能表现未必会很理想）

802.11g核心技术和协议测试报告
新客网 XKER.COM 2007-01-10 来源： 收藏本文

　　IEEE802.11工作组近年来开始定义新的物理层标准IEEE802.11ｇ。与以前的IEEE802.11协议标准相比，IEEE802.11ｇ草案有以下两个特点：在2．4 GHz频段使用正交频分复用（OFDM）调制技术，使数据传输速率提高到20 Mbit/s以上；能够与IEEE802.11ｂ的Wi-Fi系统互联互通，可共存于同一AP的网络里，从而保障了后向兼容性。这样原有的WLAN系统可以平滑地向高速WLAN过渡，延长了IEEE802．11b产品的使用寿命，降低了用户的投资。2003年7月IEEE802.11工作组批准了 IEEE802.11ｇ草案，该标准成为人们关注的新焦点。
　　
　　IEEE802.11 WLAN实现的关键技术
　　
　　随着WLAN技术的应用日渐广泛，用户对数据传输速率的要求越来越高。但是在室内这个较为复杂的电磁环境中，多经效应、频率选择性衰落和其它干扰源的存在使得无线信道中高速数据传输的实现比有线信道困难，因此WLAN需要采用合适的调制技术。
　　
　　IEEE802．11 WLAN是一种能支持较高数据传输速率（1～54 Mbit/s），采用微蜂窝、微微蜂窝结构，自主管理的计算机局域网络。其关键技术大致有3种，直序列扩频调制技术(DSSS: Direct Sequence Spread Spectrum)及补码键控(CCK：Complementary Code Keying)技术、包二进制卷积(PBCC：Packet Binary Convolutional Code)和正交频分复用技术OFDM：Orthogonal Frequency Division Mustiplexing。每种技术皆有其特点，目前扩频调制技术正成为主流，而OFDM技术由于其优越的传输性能成为人们关注的新焦点。
　　
　　1．DSSS调制技术
　　
　　基于DSSS的调制技术有3种。最初IEEE802．11标准制定在1 Mbit/s数据速率下采用差分二相相移键控(DBPSK: Differential Binary Phase Shift Keying)。如果要提供2 Mbit/s的数据速率，可采用差分正交相移键控(DQPSK: Differential Quadrature Phase Shift Keying)，这种方法每次处理两个比特码元，成为双比特。第三种是基于CCK的ＱPSK，是IEEE802.11ｂ标准采用的基本数据调制方式。它采用了补码序列与直序列扩频技术，是一种单载波调制技术，通过相移键控（PSK）方式传输数据，传输速率分为1，2，5．5和11 Mbit/s。CCK通过与接收端的Pake接收机配合使用，能够在高效率传输数据的同时有效克服多径效应。IEEE802.11ｂ通过使用CCK调制技术来提高数据传输速率，最高可达11 Mbit/s。但是当传输速率超过11 Mbit/s，CCK为了对抗多径干扰，需要更复杂的均衡及调制，实现起来非常困难。因此，IEEE802.11工作组为了推动WLAN的发展，又引入了新的调制技术。
　　
　　2．PBCC调制技术
　　
　　PBCC调制技术是由德州仪器（TI）公司提出的，已作为 IEEE802.11ｇ的可选项被采纳。PBCC也是单载波调制，但与CCK不同，它采用了更多复杂的信号星座图。PBCC采用8PSK，而CCK使用ＢPSK/QPSK；另外PBCC使用了卷积码，而CCK使用区块码。因此，它们的解调过程是十分不同的。PBCC可以完成更高速率的数据传输，其传输速率为11，22，33Mbit/s。
　　
　　3．OFDM技术
　　
　　OFDM技术其实是多载波调制(MCM: Multi-Carrier Modulation)的一种。其主要思想是：将信道分成许多正交子信道，在每个子信道上进行窄带调制和传输，这样减少了子信道之间的相互干扰。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的频率选择性衰落是平坦的，大大消除了符号间干扰。
　　
　　由于在OFDM系统中各个子信道的载波相互正交，于是它们的频谱是相互重叠的，这样不但减少了子载波间的相互干扰，同时还提高了频谱利用率。在各个子信道中的这种正交调制和解调可以采用反向快速傅里叶变换（IFFT）和快速傅里叶变换（FFT）方法来实现，随着大规模集成电路技术与DSP技术的发展，IFFT和FFT都是非常容易实现的。FFT的引入，大大降低了OFDM实现的复杂性，提升了系统的性能。
　　
　　无线数据业务一般都存在非对称性，即下行链路中传输的数据量要远远大于上行链路中的数据传输量。因此无论从用户高速数据传输业务的需求，还是从无线通信自身来考虑，都希望物理层支持非对称高速数据传输，而OFDM很容易通过使用不同数量的子信道来实现上行和下行链路中不同的传输速率。
　　
　　由于无线信道存在频率选择性，所有的子信道不会同时处于比较深的衰落情况中，因此可以通过动态比特分配以及动态子信道分配的方法，充分利用信噪比高的子信道，从而提升系统性能。由于窄带干扰只能影响一小部分子载波，因此OFDM系统在某种程度上能抵抗这种干扰。
　　
　　OFDM技术有非常广阔的发展前景，已成为第四代移动通信的核心技术。IEEE802．11ａ/ｇ标准为了支持高速数据传输都采用了OFDM调制技术。目前，OFDM结合时空编码、分集、干扰〔包括码间干扰（ISI）和信道间干扰（ICI）〕抑制以及智能天线技术，最大程度提高了物理层的可靠性。如再结合自适应调制、自适应编码以及动态子载波分配、动态比特分配算法等技术，可以使其性能得到进一步优化。
　　
　　4．IEEE802.11ｇ协议帧结构及其技术细节
　　
　　从网络逻辑结构上来看，IEEE802．11只定义了物理层及MAC子层。MAC层提供对共享无线介质的竞争使用和无竞争使用，具有无线介质访问、网络连接、数据验证和保密等功能。
　　
　　物理层为数据链路层提供物理连接，实现比特流的透明传输，所传数据单位为比特。物理层定义了通信设备与接口硬件的机械、电气功能和过程的特性，用以建立、维持和释放物理连接。　　物理层由三部分组成：物理层管理层、物理层会聚协议（PLCP）和物理介质依赖子层（PMD）。
　　
　　IEEE802.11ｇ的物理帧结构分为前导信号（Preamble）、信头Header和负载Payload。Preamble主要用于确定移动台和接入点之间何时发送和接收数据，传输进行时告知其它移动台以免冲突，同时传送同步信号及帧间隔。Preamble完成，接收方才开始接收数据。 Header在Preamble之后用来传输一些重要的数据比如负载长度、传输速率、服务等信息。由于数据率及要传送字节的数量不同，Payload的包长变化很大，可以十分短也可以十分长。
　　
　　在一帧信号的传输过程中，Preamble和Header所占的传输时间越多，Payload用的传输时间就越少，传输的效率越低。
　　
　　综合上述3种调制技术的特点，IEEE802.11ｇ采用了OFDM等关键技术来保障其优越的性能，分别对Preamble，Header，Payload进行调制，这种帧结构称为OFDM/OFDM方式。
　　
　　另外，IEEE802.11ｇ草案标准规定了可选项与必选项，为了保障与IEEE802.11b兼容也可采用CCK/OFDM和CCK/PBCC的可选调制方式。因此，OFDM调制为必选项保障传输速率达到54Mbit/s；采用CCK调制作为必选保障后向兼容性；CCK/PBCC与CCK/OFDM作为可选项。
　　
　　IEEE802.11ｇ的帧结构比较见表1。
　　
　　
　　
　　
　　（1）OFDM/OFDM
　　
　　Preamble，Header和Payload都使用OFDM进行调制传输，其传输速率可达54 Mbit/s。OFDM的一个好特点是它有短的Preamble，CCK调制信号的帧头是72μs，而OFDM调制信号的帧头仅为16μs。帧头是一个信号的重要组成部分，帧头占有时间的减少，提高了信号传送数据的能力。OFDM允许较短的Header给更多的时间用于传输数据，具有较高的传输效率。因此，对于11 Mbit/s的传输速率，CCK调制是一个好的选择，但要继续提升速率必须使用OFDM调制技术。它的最高传输速率可达54Mbit/s。 IEEE802.11ｇ协议中的OFDMOFDM方式也可以和Wi-Fi共存，不过它需使用RTS/CTS协议来解决冲突问题。
　　
　　（2）CCK/OFDM
　　
　　它是一种混合调制方式，是IEEE802.11ｇ的可选项。其Header和Preamble用CCK调制方式传输，OFDM技术传送负载。由于OFDM技术和CCK技术是分离的，因此在Preamble和Payload之间要有CCK和OFDM的转换。
　　
　　IEEE802.11ｇ用CCK/OFDM技术来保障与IEEE802.11ｂ共存。IEEE802.11ｂ不能解调OFDM格式的数据，所以难免会发生数据传输冲突，IEEE802.11ｇ使用CCK技术传输Header和Preamble就可以使IEEE802．11ｂ兼容，使其可以接收 IEEE802.11ｇ的Header从而避免冲突。这样保障了与IEEE802.11ｂ Wi-Fi设备的后向兼容性，但由于Preamble/Header使用CCK调制，增大了开销，传输速率比OFDMOFDM方式的有所下降。
　　
　　（3）CCK/PBCC
　　
　　CCK/PBCC和CCK/OFDM一样，PBCC也是混合波形，包头使用CCK调制而负载使用PBCC调制方式，这样它可以工作于高速率上并与 IEEE802.11ｂ兼容。PBCC调制技术最高数据传输速率是33 Mbit/s，比OFDM或CCK/OFDM的传送速率低。
　　
　　IEEE802.11g的性能分析 　　尚未正式成为标准的IEEE802.11ｇ草案由于其不同的特点，成为人们关注的焦点。IEEE802.11ｇ与IEEE802.11ｂ的兼容性，与同频设备的共存能力及OFDM技术自身的问题将成为研究热点。
　　
　　1．IEEE802.11ｇ的兼容性
　　
　　IEEE802.11ｇ兼容性指的是IEEE802.11ｇ设备能和IEEE802.11ｂ设备在同一个AP节点网络里互联互通。 IEEE802.11ｇ的一个最大特点就是要保障与IEEE802.11ｂ Wi-Fi系统兼容。IEEE802.11ｇ可以接收OFDM和CCK数据，但传统的Wi-Fi系统只能接收CCK信息，这就产生了一个问题，即在两者共存的环境中如何解决由于IEEE802.11ｂ不能解调OFDM格式信息帧头所带来的冲突问题。而为了解决上述问题，IEEE802.11ｇ采用了 RTS/CTS技术。
　　
　　最初，IEEE802.11引入RTS/CTS机制是为了解决隐蔽站问题，即发送站检测不到另一个站在发送数据，因而在接收站发生碰撞的情况。
　　
　　IEEE802.11ｂ与IEEE802.11ｇ混合工作的情况与隐蔽站问题非常相似，IEEE802.11ｂ设备无法接收OFDM格式的 IEEE802.11ｇ的信息帧头，因此可以采用RTS/CTS机制来解决。在IEEE802.11ｇ和IEEE802.11ｂ混合工作的环境中（即在同一AP服务区中既有IEEE802.11ｇ

详谈802.11b无线局域网开发技术要点
新客网 XKER.COM 2007-01-10 来源： 收藏本文

　　在无需考虑耗电量但需要考虑传输速度的时候（比如在使用手提电脑浏览Web时）可以利用802.11b，802.11a和802.11gWLANs。其他无线协议如蓝牙和IRDA（红外线数据）则由于其耗电量低而更广泛地用于PDAs和电话上，但是它们的传输速度比802.11低，而且发射范围也小。
　　
　　和几乎所有的网络协议一样，802.11协议完全符合七层开放式系统互联参考模型（Open Systems Interconnection (OSI) Reference Model），所以协议中的全部细则均被摘列并能够通过应用层、表象层和网络操作层中体现出来。
　　
　　和蓝牙设备，便携电话，小型监视器（baby monitor）及其他无线电设备一样，802.11b和802.11a的无线电操作系统也具有不规则的频段。可以借助一些高级别的协议（比如用于蓝牙技术的HTTP和Java API）来解决这种互用性问题。
　　
　　IEEE小组的802.11b标准可能算是当今无线计算技术应用下最重要的主要产物了。IEEE的802.11b是802.11家族中的一种新标准，它利用无线电发射频率将电脑及移动设备同局域网连接起来。它不像“蓝牙”一样有个容易记住的名字（有人曾试图给它取个好听的别名叫做“Wi-Fi”），而且它也没有象CDMA2000 或者 UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)那样被冠以第二代无线技术奇迹的美誉。802.11b连接通常比其他类型的无线网络连接的速度更快，而且使用802.11b无线区域网（WLANs）非常经济，也很易于安装，甚至对在家里使用的用户来说也是如此。虽然在此之前，802.11b只使用在公司办公室和家用网络中，但现在 802.11b网络的使用（常常是收费的）已遍布公共区域的“热点区”之中。结合无线局域网在办公室、家庭中的普及和在公共热点区的收益，802.11b 绝对是一个大卖点。
　　
　　802.11b的成功基于以下几个原因：应用程序开发者无需知道他们的程序是在哪种网络连接（无线或有线）中运行的，因为802.11b（还有其后续标准802.11a 和 802.11g）及其有线标准使用同样高级别的协议，类似的还有TCP/IP, HTTP, TLS等等。802.11b采用2.4GHz无线频段并支持最大数据为11Mb/s传输速率，尽管在实际应用中的速率会低一些，那是由于用户在同一射频中共享带宽或是因超过支持范围而使性能降低。802.11a在5GHz频段下提供56Mbit/s数据传输率，尽管它在实际应用中的速率也同样会有所降低，但它还是比802.11b快好几倍。802.11g是802.11家族中的另一成员，它能在2.4GHz频段下提供56Mbit/s数据传输率。目前只有 802.11b标准是市场的主流，但802.11a和802.11g将紧随其后并成为其替代产品。
　　
　　IEEE802.11标准一个主要的安全问题已经解决。在WLAN安全性检测性的庇护下，运行在802.11标准设备中的软件更新有很大改进，但对于那些处理机密信息的应用开发人员来说，最好还是给代码加一个额外的保护层。

IEEE802.11g技术在应用中的三项不足
新客网 XKER.COM 2007-01-10 来源： 收藏本文

　　1．信号覆盖范围小
　　穿透能力差，信号覆盖范围小是802.11a一大缺陷，然而殊不知相同的问题也出现在 802.11g身上。出于高速传输速率的要求，802.11g的信号覆盖范围要比802.11b有所退步，但其信号衰减程度还不至于像802.11a的 5GHz频段那样严重，因此只要生产厂商加强了产品的设计和用料等环节后，这一缺陷可以忽略不计。
　　
　　2．总带宽偏低
　　802.11g以54Mbps的高速和向下兼容802.11b的优势击败了802.11a，但这是否意味着在技术上领先于802.11a呢？答案为否定、甚至相反。802.11g和802.11a都拥有最高54Mbps的传输速率，但它们的总数据带宽却因为非重叠信道的不同而不同。通过上面的介绍我们知道，802.11a支持12条非重叠信道，因此其总带宽为54Mbps × 12=648Mbps。而802.11g只支持3条非重叠信道，其总带宽仅为54Mbps ×3=162Mbps（同理，802.11b的总带宽为11Mbps ×3=33Mbps）。也就是说，当接入的客户端数目较少时，你也许分辨不出802.11a和802.11g的速度差别，但随着客户端数目的增加，数据流量的增大，802.11g便会越来越慢，直至带宽耗尽。
　　
　　3．糟糕的B/G混合模式
　　不知你是否发现， 802.11g的54Mbps高速和向下兼容802.11b的两大优点并不能同时实现。只有当802.11g网络处于“纯g模式”时，网络客户端与接入点之间的连接速度才能达到54Mbps。一旦接入点中有802.11b 客户端接入，802.11g客户端的连接速度立刻会下降到与802.11b同一水准。这就是802.11g设计中所谓的“b/g混合运行模式”，也就是 802.11g用来向下兼容802.11b的“法宝”。
　　
　　为什么在同一个802.11g接入点下，802.11g客户端与 802.11b客户端相比不占优势？这是因为802.11标准的无线局域网是一个“争用型”网络，所有客户端对媒介的使用机会都是相等的。当 802.11g客户端与802.11b客户端连接到同一个运作在“b/g混合模式”的802.11g接入点时，802.11g客户端所获得使用媒介的机会并不比802.11b客户端多，因此极大地影响到802.11g的传输速度。为此对于构建“纯802.11g网”、享受54Mbps高速的用户来说，除了购买802.11g无线AP及无线网卡外，还必须将接入点（无线AP）设置成“802.11g only”模式，以防802.11b客户端接入时影响整个网络的正常运行速度。

 4G通信中的MIMO技术
来源： 作者：Jeff 发布时间：2007-04-27 
 

新一代移动通信(beyond 3G/4G)将可以提供的数据传输速率高达100Mbit/s，甚至更高，支持的业务从语音到多媒体业务，包括实时的流媒体业务。数据传输速率可以根据这些业务所需的速率不同动态调整。新一代移动通信的另一个特点是低成本。这样在有限的频谱资源上实现高速率和大容量，需要频谱效率极高的技术。MIMO技术充分开发空间资源，利用多个天线实现多发多收，在不需要增加频谱资源和天线发送功率的情况下，可以成倍地提高信道容量。OFDM技术是多载波传输的一种，其多载波之间相互正交，可以高效地利用频谱资源，

另外，OFDM将总带宽分割为若干个窄带子载波可以有效地抵抗频率选择性衰落。因此充分开发这两种技术的潜力，将二者结合起来可以成为新一代移动通信核心技术的解决方案，下面详细介绍这两种技术及其二者的结合方案。

2 MIMO技术

MIMO(Multiple-Input Multiple-Out-put)系统，该技术最早是由Marconi于1908年提出的，它利用多天线来抑制信道衰落。根据收发两端天线数量，相对于普通的SISO(Single-Input Single-Output)系统，MIMO还可以包括SIMO(Single-Input Multi-ple-Output)系统和MISO(Multiple-Input Single-Output)系统。

可以看出，此时的信道容量随着天线数量的增大而线性增大。也就是说可以利用MIMO信道成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高。

利用MIMO技术可以提高信道的容量，同时也可以提高信道的可靠性，降低误码率。前者是利用MIMO信道提供的空间复用增益，后者是利用MIMO信道提供的空间分集增益。实现空间复用增益的算法主要有贝尔实验室的 BLAST算法、ZF算法、MMSE算法、ML算法。ML算法具有很好的译码性能，但是复杂度比较大，对于实时性要求较高的无线通信不能满足要求。ZF算法简单容易实现，但是对信道的信噪比要求较高。性能和复杂度最优的就是BLAST算法。该算法实际上是使用ZF算法加上干扰删除技术得出的。目前MIMO 技术领域另一个研究热点就是空时编码。常见的空时码有空时块码、空时格码。空时码的主要思想是利用空间和时间上的编码实现一定的空间分集和时间分集，从而降低信道误码率。

3 OFDM技术

OFDM(正交频分复用)技术实际上是MCM(Multi- Carrier Modulation，多载波调制)的一种。其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰(ICI)。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。

结合简要介绍OFDM的工作原理，输入数据信元的速率为R，经过串并转换后，分成M个并行的子数据流，每个子数据流的速率为R/M，在每个子数据流中的若干个比特分成一组，每组的数目取决于对应子载波上的调制方式，如PSK、QAM等。M个并行的子数据信元编码交织后进行IFFT变换，将频域信号转换到时域，IFFT块的输出是N个时域的样点，再将长为Lp的 CP(循环前缀)加到N个样点前，形成循环扩展的OFDM信元，因此，实际发送的OFDM信元的长度为Lp＋N，经过并/串转换后发射。接收端接收到的信号是时域信号，此信号经过串并转换后移去CP，如果CP长度大于信道的记忆长度时，ISI仅仅影响CP，而不影响有用数据，去掉CP也就去掉了ISI的影响。

OFDM技术之所以越来越受关注，是因为OFDM有很多独特的优点：

(1)频谱利用率很高，频谱效率比串行系统高近一倍。这一点在频谱资源有限的无线环境中很重要。OFDM信号的相邻子载波相互重叠，从理论上讲其频谱利用率可以接近Nyquist极限。

(2)抗多径干扰与频率选择性衰落能力强，由于OFDM系统把数据分散到许多个子载波上，大大降低了各子载波的符号速率，从而减弱多径传播的影响，若再通过采用加循环前缀作为保护间隔的方法，甚至可以完全消除符号间干扰。

(3)采用动态子载波分配技术能使系统达到最大比特率。通过选取各子信道，每个符号的比特数以及分配给各子信道的功率使总比特率最大。即要求各子信道信息分配应遵循信息论中的“注水定理”，亦即优质信道多传送，较差信道少传送，劣质信道不传送的原则

(4)通过各子载波的联合编码，可具有很强的抗衰落能力。OFDM技术本身已经利用了信道的频率分集，如果衰落不是特别严重，就没有必要再加时域均衡器。但通过将各个信道联合编码，可以使系统性能得到提高。

(5)基于离散傅立叶变换(DFT)的OFDM有快速算法，OFDM采用IFFT和FFT来实现调制和解调，易用DSP实现。

4 MIMO与OFDM的结合

MIMO系统在一定程度上可以利用传播中多径分量，也就是说 MIMO可以抗多径衰落，但是对于频率选择性深衰落，MIMO系统依然是无能为力。目前解决MIMO系统中的频率选择性衰落的方案一般是利用均衡技术，还有一种是利用OFDM。大多数研究人员认为OFDM技术是4G的核心技术，4G需要极高频谱利用率的技术，而OFDM提高频谱利用率的作用毕竟是有限的，在OFDM的基础上合理开发空间资源，也就是MIMO+OFDM，可以提供更高的数据传输速率。另外ODFM由于码率低和加入了时间保护间隔而具有极强的抗多径干扰能力。由于多径时延小于保护间隔，所以系统不受码间干扰的困扰，这就允许单频网络(SFN)可以用于宽带OFDM系统，依靠多天线来实现，即采用由大量低功率发射机组成的发射机阵列消除阴影效应，来实现完全覆盖。下面给出MIMO+OFDM的结合方案。

这样在接收端接收到的第l个子载波频率上的N个符号可以通过V-BLAST算法进行解译码，重复进行L次以后，NL个M-QAM符号可以被恢复出来。
I/Q:振幅/相位   I为同相位（In-phase）分量,代表向量在横轴上的投影;Q为90度相移（Quadrate）分量,                代表向量在纵轴上的投影。

在通信系统中, （语音信号）就是调变和解调变所要传送的信息。而在数字通信系统中,传送的信息是数据。数字调变是将数据数据载在射频载波的过程,而解调变则是将数据数据从射频信号中取出的过程。
射频载波信号A cos（2πfct+θ）可供改变的参数只有振幅、频率和相位三种。改变载波振幅的调变方式称为调幅（AM）;改变载波频率方式称为调频（FM）;改变载波相位的调变方式称为相位调变（PM）。由于相位的微分即是频率,所以载波信号的振幅和相位可以说是两个主要的调变变量。如果把调变中载波振幅和相位的信息记录下来,并以二维空间的两个变量分别代表振幅和相位,那么极坐标上任意点到原点的距离和相角,正好可以代表载波的振幅和相位,也可以说是代表载波的调变情况。
极坐标方式的调变表示方法可转化为直角坐标方式,也就是I-Q图。载波振幅和相位可记录为二维空间上的一点,而这一点所代表的向量,在横轴和纵轴上的投影分别为I值和Q值。I为同相位（In-phase）分量,代表向量在横轴上的投影;Q为90度相移（Quadrate）分量,代表向量在纵轴上的投影。

EVM:error vector magnitude 误差向量大小

IEVM: 调制误差向量大小

802.11g关键技术讲解和协议性能分析
2005-02-23 09:15 作者： 韩旭东　张春业　曹建海 出处： 世界电信 责任编辑：stone
　　IEEE802.11工作组近年来开始定义新的物理层标准IEEE802.11ｇ。与以前的IEEE802.11协议标准相比，IEEE802.11ｇ草案有以下两个特点：在2．4 GHz频段使用正交频分复用（OFDM）调制技术，使数据传输速率提高到20 Mbit/s以上；能够与IEEE802.11ｂ的Wi-Fi系统互联互通，可共存于同一AP的网络里，从而保障了后向兼容性。这样原有的WLAN系统可以平滑地向高速WLAN过渡，延长了IEEE802．11b产品的使用寿命，降低了用户的投资。2003年7月IEEE802.11工作组批准了IEEE802.11ｇ草案，该标准成为人们关注的新焦点。

　　IEEE802.11 WLAN实现的关键技术

　　随着WLAN技术的应用日渐广泛，用户对数据传输速率的要求越来越高。但是在室内这个较为复杂的电磁环境中，多经效应、频率选择性衰落和其它干扰源的存在使得无线信道中高速数据传输的实现比有线信道困难，因此WLAN需要采用合适的调制技术。

　　IEEE802．11 WLAN是一种能支持较高数据传输速率（1～54 Mbit/s），采用微蜂窝、微微蜂窝结构，自主管理的计算机局域网络。其关键技术大致有3种，直序列扩频调制技术(DSSS: Direct Sequence Spread Spectrum)及补码键控(CCK：Complementary Code Keying)技术、包二进制卷积(PBCC：Packet Binary Convolutional Code)和正交频分复用技术OFDM：Orthogonal Frequency Division Mustiplexing。每种技术皆有其特点，目前扩频调制技术正成为主流，而OFDM技术由于其优越的传输性能成为人们关注的新焦点。

　　1．DSSS调制技术

　　基于DSSS的调制技术有3种。最初IEEE802．11标准制定在1 Mbit/s数据速率下采用差分二相相移键控(DBPSK: Differential Binary Phase Shift Keying)。如果要提供2 Mbit/s的数据速率，可采用差分正交相移键控(DQPSK: Differential Quadrature Phase Shift Keying)，这种方法每次处理两个比特码元，成为双比特。第三种是基于CCK的ＱPSK，是IEEE802.11ｂ标准采用的基本数据调制方式。它采用了补码序列与直序列扩频技术，是一种单载波调制技术，通过相移键控（PSK）方式传输数据，传输速率分为1，2，5．5和11 Mbit/s。CCK通过与接收端的Pake接收机配合使用，能够在高效率传输数据的同时有效克服多径效应。IEEE802.11ｂ通过使用CCK调制技术来提高数据传输速率，最高可达11 Mbit/s。但是当传输速率超过11 Mbit/s，CCK为了对抗多径干扰，需要更复杂的均衡及调制，实现起来非常困难。因此，IEEE802.11工作组为了推动WLAN的发展，又引入了新的调制技术。

　　2．PBCC调制技术

　　PBCC调制技术是由德州仪器（TI）公司提出的，已作为IEEE802.11ｇ的可选项被采纳。PBCC也是单载波调制，但与CCK不同，它采用了更多复杂的信号星座图。PBCC采用8PSK，而CCK使用ＢPSK/QPSK；另外PBCC使用了卷积码，而CCK使用区块码。因此，它们的解调过程是十分不同的。PBCC可以完成更高速率的数据传输，其传输速率为11，22，33Mbit/s。

　　3．OFDM技术

　　OFDM技术其实是多载波调制(MCM: Multi-Carrier Modulation)的一种。其主要思想是：将信道分成许多正交子信道，在每个子信道上进行窄带调制和传输，这样减少了子信道之间的相互干扰。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的频率选择性衰落是平坦的，大大消除了符号间干扰。

　　由于在OFDM系统中各个子信道的载波相互正交，于是它们的频谱是相互重叠的，这样不但减少了子载波间的相互干扰，同时还提高了频谱利用率。在各个子信道中的这种正交调制和解调可以采用反向快速傅里叶变换（IFFT）和快速傅里叶变换（FFT）方法来实现，随着大规模集成电路技术与DSP技术的发展，IFFT和FFT都是非常容易实现的。FFT的引入，大大降低了OFDM实现的复杂性，提升了系统的性能。

　　无线数据业务一般都存在非对称性，即下行链路中传输的数据量要远远大于上行链路中的数据传输量。因此无论从用户高速数据传输业务的需求，还是从无线通信自身来考虑，都希望物理层支持非对称高速数据传输，而OFDM很容易通过使用不同数量的子信道来实现上行和下行链路中不同的传输速率。

　　由于无线信道存在频率选择性，所有的子信道不会同时处于比较深的衰落情况中，因此可以通过动态比特分配以及动态子信道分配的方法，充分利用信噪比高的子信道，从而提升系统性能。由于窄带干扰只能影响一小部分子载波，因此OFDM系统在某种程度上能抵抗这种干扰。

　　OFDM技术有非常广阔的发展前景，已成为第四代移动通信的核心技术。IEEE802．11ａ/ｇ标准为了支持高速数据传输都采用了OFDM调制技术。目前，OFDM结合时空编码、分集、干扰〔包括码间干扰（ISI）和信道间干扰（ICI）〕抑制以及智能天线技术，最大程度提高了物理层的可靠性。如再结合自适应调制、自适应编码以及动态子载波分配、动态比特分配算法等技术，可以使其性能得到进一步优化。

　　4．IEEE802.11ｇ协议帧结构及其技术细节

　　从网络逻辑结构上来看，IEEE802．11只定义了物理层及MAC子层。MAC层提供对共享无线介质的竞争使用和无竞争使用，具有无线介质访问、网络连接、数据验证和保密等功能。

　　物理层为数据链路层提供物理连接，实现比特流的透明传输，所传数据单位为比特。物理层定义了通信设备与接口硬件的机械、电气功能和过程的特性，用以建立、维持和释放物理连接。　　物理层由三部分组成：物理层管理层、物理层会聚协议（PLCP）和物理介质依赖子层（PMD）。

　　IEEE802.11ｇ的物理帧结构分为前导信号（Preamble）、信头Header和负载Payload。Preamble主要用于确定移动台和接入点之间何时发送和接收数据，传输进行时告知其它移动台以免冲突，同时传送同步信号及帧间隔。Preamble完成，接收方才开始接收数据。Header在Preamble之后用来传输一些重要的数据比如负载长度、传输速率、服务等信息。由于数据率及要传送字节的数量不同，Payload的包长变化很大，可以十分短也可以十分长。

　　在一帧信号的传输过程中，Preamble和Header所占的传输时间越多，Payload用的传输时间就越少，传输的效率越低。

　　综合上述3种调制技术的特点，IEEE802.11ｇ采用了OFDM等关键技术来保障其优越的性能，分别对Preamble，Header，Payload进行调制，这种帧结构称为OFDM/OFDM方式。

　　另外，IEEE802.11ｇ草案标准规定了可选项与必选项，为了保障与IEEE802.11b兼容也可采用CCK/OFDM和CCK/PBCC的可选调制方式。因此，OFDM调制为必选项保障传输速率达到54Mbit/s；采用CCK调制作为必选保障后向兼容性；CCK/PBCC与CCK/OFDM作为可选项。IEEE802.11ｇ的帧结构比较见表1。

　　（1）OFDM/OFDM

　　Preamble，Header和Payload都使用OFDM进行调制传输，其传输速率可达54 Mbit/s。OFDM的一个好特点是它有短的Preamble，CCK调制信号的帧头是72μs，而OFDM调制信号的帧头仅为16μs。帧头是一个信号的重要组成部分，帧头占有时间的减少，提高了信号传送数据的能力。OFDM允许较短的Header给更多的时间用于传输数据，具有较高的传输效率。因此，对于11 Mbit/s的传输速率，CCK调制是一个好的选择，但要继续提升速率必须使用OFDM调制技术。它的最高传输速率可达54Mbit/s。IEEE802.11ｇ协议中的OFDMOFDM方式也可以和Wi-Fi共存，不过它需使用RTS/CTS协议来解决冲突问题。

　　（2）CCK/OFDM

　　它是一种混合调制方式，是IEEE802.11ｇ的可选项。其Header和Preamble用CCK调制方式传输，OFDM技术传送负载。由于OFDM技术和CCK技术是分离的，因此在Preamble和Payload之间要有CCK和OFDM的转换。

　　IEEE802.11ｇ用CCK/OFDM技术来保障与IEEE802.11ｂ共存。IEEE802.11ｂ不能解调OFDM格式的数据，所以难免会发生数据传输冲突，IEEE802.11ｇ使用CCK技术传输Header和Preamble就可以使IEEE802．11ｂ兼容，使其可以接收IEEE802.11ｇ的Header从而避免冲突。这样保障了与IEEE802.11ｂ Wi-Fi设备的后向兼容性，但由于Preamble/Header使用CCK调制，增大了开销，传输速率比OFDMOFDM方式的有所下降。

　　（3）CCK/PBCC

　　CCK/PBCC和CCK/OFDM一样，PBCC也是混合波形，包头使用CCK调制而负载使用PBCC调制方式，这样它可以工作于高速率上并与IEEE802.11ｂ兼容。PBCC调制技术最高数据传输速率是33 Mbit/s，比OFDM或CCK/OFDM的传送速率低。

IEEE802.11g的性能分析

 　　尚未正式成为标准的IEEE802.11ｇ草案由于其不同的特点，成为人们关注的焦点。IEEE802.11ｇ与IEEE802.11ｂ的兼容性，与同频设备的共存能力及OFDM技术自身的问题将成为研究热点。

　　1．IEEE802.11ｇ的兼容性

　　IEEE802.11ｇ兼容性指的是IEEE802.11ｇ设备能和IEEE802.11ｂ设备在同一个AP节点网络里互联互通。IEEE802.11ｇ的一个最大特点就是要保障与IEEE802.11ｂ Wi-Fi系统兼容。IEEE802.11ｇ可以接收OFDM和CCK数据，但传统的Wi-Fi系统只能接收CCK信息，这就产生了一个问题，即在两者共存的环境中如何解决由于IEEE802.11ｂ不能解调OFDM格式信息帧头所带来的冲突问题。而为了解决上述问题，IEEE802.11ｇ采用了RTS/CTS技术。

　　最初，IEEE802.11引入RTS/CTS机制是为了解决隐蔽站问题，即发送站检测不到另一个站在发送数据，因而在接收站发生碰撞的情况。

　　IEEE802.11ｂ与IEEE802.11ｇ混合工作的情况与隐蔽站问题非常相似，IEEE802.11ｂ设备无法接收OFDM格式的IEEE802.11ｇ的信息帧头，因此可以采用RTS/CTS机制来解决。在IEEE802.11ｇ和IEEE802.11ｂ混合工作的环境中（即在同一AP服务区中既有IEEE802.11ｇ设备也有IEEE802.11ｂ设备），每一工作节点在传输数据信息前，必须发送一个RTS(Ready to send)帧给AP，从AP返回一个CTS(Clear to send)帧，就开始传送数据。工作台发送RTS到AP节点返回CTS信号，这样所有的工作台都能收到信号，从而避免了混合站点间的碰撞，解决了两者的兼容问题（RTS和CTS信号都采用CCK信号）。RTS/CTS机制也带来了系统的额外开销，因而数据速率率比只使用OFDM的IEEE802.11ａ系统低，但对于向下兼容并将要被取代的IEEE802.11ｂ系统来说，数据速率又有很大的提高，因此折衷来看IEEE802.11ｇ还是具有很大的优势。对于现在的IEEE802.11ｇ系统，每一个AP监视它旁边的移动设备，当没有IEEE802.11ｂ的设备时，系统会自动取消RTS/CTS机制，相应地增加了系统吞吐量。当未来的IEEE802.11g系统，完全替代IEEE802.11ｂ产品，只使用OFDM调制技术时，与IEEE802.11ａ系统相比就具备优势了。

　　2．同频共存性

　　同频共存性指工作在同一频段的无线设备可以互不干扰地进行各自的通信。目前，2．4 GHz ISM频段日益拥挤，越来越多的无线系统选择工作在此频段，例如Wi-Fi系统、蓝牙、无绳电话、微波炉等。这些系统间存在的干扰问题会严重影响系统的通信性能。因此使用OFDM技术的IEEE802.11ｇ设备也要解决同频干扰问题，提高系统间的共存性，以增强系统性能。

　　3．OFDM问题分析

　　IEEE802.11ｇ首次在2．4 GHz频段使用OFDM作为其关键技术来提高系统的传输速率， OFDM技术结合了多载波和频移键控调制，与单载波系统相比存在一些问题有待解决。因此，OFDM本身的特点会影响IEEE802.11ｇ的性能表现。

　　（1）易受频率偏移的影响

　　由于子信道的频率相互覆盖，这就对它们之间的正交性提出了严格的要求。然而由于无线锡闹存在时变性，在传输过程中会出现无线信号的频率偏移，例如多普勒频移，或者由于发射机载波频率与接受机本地振荡器之间存在频率偏差，都会使得OFDM系统子载波之间的正交性遭到破坏，从而导致子信道间信号的相互干扰（ICI），这种频偏敏感性是OFDM系统的主要缺点。

　　（2）存在较高的峰值平均功率比

　　与单载波相比，由于多载波调制系统的输出是多个子信道信号的叠加，因此如果多个信号的相位一致时，所得到的叠加信号的瞬间功率会远大于信号的平均功率，导致出现较大的峰值平均功率比（PAR）。这样就对发射机内放大器的线性提出了很高的要求，如果放大器的动态范围不能满足信号的变化，则会为信号带来畸变，使叠加信号的频谱发生变化，从而导致各个子信道信号之间的正交性遭到破坏，产生相互干扰，使系统性能恶化。目前，IceFyre公司正在开发一种低PAR的OFDM芯片，准备在IEEE802.11ｇ系统中使用。另外，2．4 GHz频段的OFDM技术可以保证低PAR且功耗较低，这都将有利于IEEE802.11ｇ系统的推广和应用。

　　总 结

　　IEEE 802. 11ｇ有很多优势。首先是短期优势，即能与IEEE802.11ｂ产品兼容，使WLAN向高速平滑过渡，延长了IEEE802.11ｂ产品的使用寿命，减少了用户的投资；其次是长期优势，今后WLAN的产品可以使用双频多模方式，即在2．4 GHz和5 GHz频段同时支持IEEE802.11ｂ，IEEE802.11ａ和IEEE802.11ｇ物理层标准，在两个频段上都使用OFDM调制技术，提高数据传输速率。综上所述，IEEE802.11ｇ是一种具有巨大发展潜力的WLAN标准，它必将以高传输速率和灵活组网特性发挥重要作用。