WLAN的最新標準、技術及應用

2019-11-03 19:24:52

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供稿：網友

北京郵電大學電信工程學院劉建寧

　　無線局域網可當作有線局域網的擴展來使用，也可獨立作為有線局域網的替代設施。因此，未來的無線局域網，需要具備更高的傳輸速度，提供更加便捷的組網技術，能夠應用于更加復雜的環境信道下，且系統性能高效穩定。

　　從WLAN標準的最新進展，以及WLAN的最新技術來看，WLAN未來將為校園、家庭、酒店及各大企事業單位提供高速的無線接入能力，以滿足各類用戶對語音、圖片乃至于多媒體通信的需求。

WLAN標準的最新進展

　　WLAN標準的開發主要有兩大組織機構。一個是IEEE的802.11工作組，一個是歐洲ETSI的RES10工作組。

　　第一個802.11標準是1997年完成的，它通過在ISM頻段內使用擴頻調制技術，提供高達2Mbit/s的數據傳輸速率。1999年9月，IEEE標準委員會又通過了兩項對最初標準的附錄。第一個標準802.11b，擴展了已存的2.4GHz物理層性能，使它的數據傳送速率可以達到11Mbit/s。第二個標準802.11a，致力于在5GHz頻段內的物理層中提供新的、更高的數據傳送速率（20～54Mbit/s）。

　　另外一個WLAN標準—HipERLAN（High Performance European Radio LAN，高性能歐洲無線LAN），是由ETSI（European Telecommunications Standards Institute，歐洲電信標準化協會）的RES10小組開發的，是高速WLAN的泛歐標準。

　　標準HIPERLAN與802.11相似，覆蓋了物理和MAC層，通過在5GHz波段內使用傳統的無線調制技術，提供2～25Mbit/s的數據傳輸速率。

WLAN的最新技術

　　目前，基于WLAN的先進關鍵技術主要有：OFDM、MIMO以及這兩項技術的融和。

◆OFDM（正交頻分復用）技術

　　新一代WLAN技術標準均采用了OFDM技術。較傳統的WLAN技術， OFDM具有更高的頻譜利用率，以及良好的抗多徑干擾能力。它不僅增加了系統容量，更重要的是它能更好地滿足多媒體通信要求。

　　OFDM技術實際上是MCM（Multi-Carrier Modulation，多載波調制）的一種。其主要思想是：將信道分成若干正交子信道，然后將高速數據信號，轉換成并行的低速子數據流，并調制到每個子信道上進行傳輸。

　　在接收端采用相關技術，分開正交信號，可以減少子信道之間的相互干擾（ICI）。在每個子信道上，由于信號帶寬小于信道的相關帶寬，從而消除了符號間的干擾。而且由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對容易。

　　OFDM允許各載波間頻率互相混疊，并采用了基于載波頻率正交的FFT調制。由于在各個載波的中心頻點處，沒有其它載波的頻譜分量，所以能夠實現各個載波的正交。

　　盡管還是頻分復用，但OFDM不再通過很多帶通濾波器來實現，而是直接在基帶處理，這也是OFDM有別于其它系統的優點之一。OFDM的接收機實際上是一組解調器，它將不同載波搬移至零頻，然后在一個碼元周期內積分。其它載波由于與所積分的信號正交，因此不會對這個積分結果產生影響。

　　OFDM的高數據速率與子載波的數量有關，增加子載波數目，能夠提高數據的傳送速率。OFDM每個頻帶的調制方法可以不同，這增加了系統的靈活性。OFDM適用于多用戶的高靈活度、高利用率的通信系統。

　　同其它的通信方法一樣，OFDM的應用也有缺陷。首先，多載波的使用使得這種通信技術，相對于單一載波系統來說，對載頻的偏移和抽樣時鐘的失配變得更加敏感。其次，OFDM在相對較高的5GHz頻帶，在FCC功率限制下使用時，其覆蓋范圍會受到限制。

◆MIMO（多入多出）技術

　　MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多入多出）是指在發射端和接收端，分別使用多個發射天線和接收天線。傳統的通信系統是單進單出SISO（Single-Input Single-Output）系統，基于發射分集和接收分集的多進單出MISO（Multiple-Input Single-Output）方式、單進多出SIMO（Single-Input Multiple-Output）方式也是MIMO的一部分。

　　利用MIMO技術可以提高信道的容量，同時也可以提高信道的可靠性，降低誤碼率。

　　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、空時格碼?？諘r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和時間分集，從而降低信道誤碼率。

　　MIMO天線陣列，是一種開環的MIMO技術，M個發送天線，使用編碼重用技術，將同樣碼集的每個碼重復使用M次,每個碼用來調制不同的數據子流，這樣在不增加碼資源的基礎上，提高了原始數據的傳輸速率。

　　為了分辨M個數據子流，在接收端，需要使用多天線和空間信號處理。MIMO是一種能使HSDPA增加容量、提高峰值速率的技術，但受限于物理信道模型，會增加射頻的復雜性，是HSDPA進一步發展的技術。

　　MIMO解調解擴接收機主要分2個部分，一是空時RAKE接收機，主要功能是分離不同的擴頻碼擴頻的信號，合并多徑信號；二是VBLAST，即對垂直空時碼進行譯碼,分離出不同天線發送的空間疊加信號。

　　為充分利用MIMO信道的容量，人們提出了不同的空時處理方案。貝爾實驗室的Foschini等人，提出了一種分層空時結構(BLAST：Bell Laboratories Layered Space-Time)，它將信源數據分成幾個子數據流，獨立進行編碼/調制。AT&T的Tarokh等人在發射延遲分集的基礎上，正式提出了基于發射分集的空時編碼。同時，Alamouti提出了一種簡單的發送分集方案，Tarokh等把它進一步推廣，提出了空時分組編碼。由于它具有很低的譯碼復雜度，因而，可以盡早應用于WLAN中。

◆MIMO+OFDM技術

　　MIMO+OFDM技術通過在OFDM傳輸系統中，采用陣列天線實現空間分集，以提高信號質量，是OFDM與MIMO相結合而產生的一種新技術。它采用了時間、頻率和空間三種分集技術，使無線系統對噪聲、干擾、多徑的容限大大增加。

圖1、圖2分別為MIMO和OFDM系統的發送、接收方案框圖。

　　從圖中可以看出，MIMO+OFDM系統，有Nt個發送天線和Nr個接收天線，提供多個空間信道，不會全部同時遭受到衰落的影響。

　　MIMO和OFDM 技術在各自的領域，都發揮了巨大的作用，將二者相結合并應用到下一代無線局域網中，正在成為無線通信的一個研究熱點。

WLAN的應用

　　作為有線網絡無線部分的延伸，WLAN廣泛應用在各個領域中，比如醫院、大學、酒店、機場、培訓中心等。

　　無線局域網應用在醫院中，醫生和護士可以迅速獲得病人的相關病歷報告。而且，醫院環境中的無線局域網，在藥品的分發方面也具有優勢。

　　在大學環境中，無線局域網能夠經濟靈活地對特殊活動進行技術支持。

　　酒店通過無線局域網，在公共場合或會議室，提供因特網接入服務。

　　另一個經常用作因特網接口的地點是機場。世界各地的大型機場都有航空公司和私人機構提供因特網接入。

　　公司培訓是一項耗資巨大的工程。在此，使用無線局域網再一次提供了組網結構，這種組網結構能夠快速構建一個教室，并且不用考慮布線就能夠提供組網能力。

　　可以預見，隨著網上多媒體技術的日益發展，無線局域網將作為一種寬帶網絡解決方案得到越來越廣泛的應用。

摘自　賽迪網－中國計算機用戶

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