WLAN的最新标准、技术及应用

作者：北京邮电大学电信工程学院 刘建宁

欢迎访问e展厅 展厅 5 网络/安全/存储产品展厅 无线上网卡, 光纤设备, 网络布线产品, 计算机干扰器, 网关, ... 无线局域网可当作有线局域网的扩展来使用，也可独立作为有线局域网的替代设施。因此，未来的无线局域网，需要具备更高的传输速度，提供更加便捷的组网技术，能够应用于更加复杂的环境信道下，且系统性能高效稳定。 从WLAN标准的最新进展，以及WLAN的最新技术来看，WLAN未来将为校园、家庭、酒店及各大企事业单位提供高速的无线接入能力，以满足各类用户对语音、图片乃至于多媒体通信的需求。 WLAN标准的最新进展 WLAN标准的开发主要有两大组织机构。一个是IEEE的802.11工作组，一个是欧洲ETSI的RES10工作组。 第一个802.11标准是1997年完成的，它通过在ISM频段内使用扩频调制技术，提供高达2Mbit/s的数据传输速率。1999年9月，IEEE标准委员会又通过了两项对最初标准的附录。第一个标准802.11b，扩展了已存的2.4GHz物理层性能，使它的数据传送速率可以达到11Mbit/s。第二个标准802.11a，致力于在5GHz频段内的物理层中提供新的、更高的数据传送速率（20～54Mbit/s）。 另外一个WLAN标准—HIPERLAN（High Performance European Radio LAN，高性能欧洲无线LAN），是由ETSI（European Telecommunications Standards Institute，欧洲电信标准化协会）的RES10小组开发的，是高速WLAN的泛欧标准。 标准HIPERLAN与802.11相似，覆盖了物理和MAC层，通过在5GHz波段内使用传统的无线调制技术，提供2～25Mbit/s的数据传输速率。 WLAN的最新技术 目前，基于WLAN的先进关键技术主要有：OFDM、MIMO以及这两项技术的融和。 ◆OFDM（正交频分复用）技术 新一代WLAN技术标准均采用了OFDM技术。较传统的WLAN技术， OFDM具有更高的频谱利用率，以及良好的抗多径干扰能力。它不仅增加了系统容量，更重要的是它能更好地满足多媒体通信要求。 OFDM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，然后将高速数据信号，转换成并行的低速子数据流，并调制到每个子信道上进行传输。 在接收端采用相关技术，分开正交信号，可以减少子信道之间的相互干扰（ICI）。在每个子信道上，由于信号带宽小于信道的相关带宽，从而消除了符号间的干扰。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。 OFDM允许各载波间频率互相混叠，并采用了基于载波频率正交的FFT调制。由于在各个载波的中心频点处，没有其它载波的频谱分量，所以能够实现各个载波的正交。 尽管还是频分复用，但OFDM不再通过很多带通滤波器来实现，而是直接在基带处理，这也是OFDM有别于其它系统的优点之一。OFDM的接收机实际上是一组解调器，它将不同载波搬移至零频，然后在一个码元周期内积分。其它载波由于与所积分的信号正交，因此不会对这个积分结果产生影响。 OFDM的高数据速率与子载波的数量有关，增加子载波数目，能够提高数据的传送速率。OFDM每个频带的调制方法可以不同，这增加了系统的灵活性。OFDM适用于多用户的高灵活度、高利用率的通信系统。 同其它的通信方法一样，OFDM的应用也有缺陷。首先，多载波的使用使得这种通信技术，相对于单一载波系统来说，对载频的偏移和抽样时钟的失配变得更加敏感。其次，OFDM在相对较高的5GHz频带，在FCC功率限制下使用时，其覆盖范围会受到限制。 ◆MIMO（多入多出）技术 MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多入多出）是指在发射端和接收端，分别使用多个发射天线和接收天线。传统的通信系统是单进单出SISO（Single-Input Single-Output）系统，基于发射分集和接收分集的多进单出MISO（Multiple-Input Single-Output）方式、单进多出SIMO（Single-Input Multiple-Output）方式也是MIMO的一部分。 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。 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。 MIMO天线阵列，是一种开环的MIMO技术，M个发送天线，使用编码重用技术，将同样码集的每个码重复使用M次,每个码用来调制不同的数据子流，这样在不增加码资源的基础上，提高了原始数据的传输速率。 为了分辨M个数据子流，在接收端，需要使用多天线和空间信号处理。MIMO是一种能使HSDPA增加容量、提高峰值速率的技术，但受限于物理信道模型，会增加射频的复杂性，是HSDPA进一步发展的技术。 MIMO解调解扩接收机主要分2个部分，一是空时RAKE接收机，主要功能是分离不同的扩频码扩频的信号，合并多径信号；二是VBLAST，即对垂直空时码进行译码,分离出不同天线发送的空间叠加信号。 为充分利用MIMO信道的容量，人们提出了不同的空时处理方案。贝尔实验室的Foschini等人，提出了一种分层空时结构(BLAST：Bell Laboratories Layered Space-Time)，它将信源数据分成几个子数据流，独立进行编码/调制。AT&T的Tarokh等人在发射延迟分集的基础上，正式提出了基于发射分集的空时编码。同时，Alamouti提出了一种简单的发送分集方案，Tarokh等把它进一步推广，提出了空时分组编码。由于它具有很低的译码复杂度，因而，可以尽早应用于WLAN中。 ◆MIMO+OFDM技术 MIMO+OFDM技术通过在OFDM传输系统中，采用阵列天线实现空间分集，以提高信号质量，是OFDM与MIMO相结合而产生的一种新技术。它采用了时间、频率和空间三种分集技术，使无线系统对噪声、干扰、多径的容限大大增加。 图1、图2分别为MIMO和OFDM系统的发送、接收方案框图。 从图中可以看出，MIMO+OFDM系统，有Nt个发送天线和Nr个接收天线，提供多个空间信道，不会全部同时遭受到衰落的影响。 MIMO和OFDM 技术在各自的领域，都发挥了巨大的作用，将二者相结合并应用到下一代无线局域网中，正在成为无线通信的一个研究热点。 WLAN的应用 作为有线网络无线部分的延伸，WLAN广泛应用在各个领域中，比如医院、大学、酒店、机场、培训中心等。 无线局域网应用在医院中，医生和护士可以迅速获得病人的相关病历报告。而且，医院环境中的无线局域网，在药品的分发方面也具有优势。 在大学环境中，无线局域网能够经济灵活地对特殊活动进行技术支持。 酒店通过无线局域网，在公共场合或会议室，提供因特网接入服务。 另一个经常用作因特网接口的地点是机场。世界各地的大型机场都有航空公司和私人机构提供因特网接入。 公司培训是一项耗资巨大的工程。在此，使用无线局域网再一次提供了组网结构，这种组网结构能够快速构建一个教室，并且不用考虑布线就能够提供组网能力。 可以预见，随着网上多媒体技术的日益发展，无线局域网将作为一种宽带网络解决方案得到越来越广泛的应用。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (9/2/2005)