無線接入技術

2019-11-05 02:19:51

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　　無線接入技術區別于有線接入的特點之一是標準不統一，不同的標準有不同的應用。正因為此，使得無線接入技術出現了百家爭鳴的局面。在眾多的無線接入標準中，無線局域網標準更成為人們關注的焦點。附表中列出了幾種最熱門的無線局域網標準的性能對比。
　　802.11家族譜
　　802.11是IEEE最初制定的一個無線局域網標準，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2Mbps。目前，3Com等公司都有基于該標準的無線網卡。
　　由于802.11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802.11b和802.11a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。
　　802.11b物理層支持5.5 Mbps 和 11 Mbps兩個新速率。802.11標準在擴頻時是一個11位調制芯片，而802.11b標準采用一種新的調制技術CCK完成。802.11b使用動態速率漂移，可因環境變化，在11 Mbps、5.5 Mbps、2 Mbps、1 Mbps之間切換,且在2 Mbps、1 Mbps速率時與802.11兼容。
　　802.11a工作在5GHzU-NII頻帶，物理層速率可達54 Mb/s，傳輸層可達25Mbps。采用正交頻分復用（OFDM）的獨特擴頻技術；可提供25Mbps的無線ATM接口和10Mbps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。但是，芯片沒有進入市場、設備昂貴、空中接力不好、點對點連接很不經濟、不適合小型設備。值得慶幸的是，Radiata的低成本COMS無線引擎芯片裝置可支持802.11a。
　　藍牙新貴
　　藍牙（IEEE 802.15）是一項最新標準，對于802.11來說，它的出現不是為了競爭而是相互補充。藍牙比802.11更具移動性，比如，802.11限制在辦公室和校園內，藍牙能把一個設備連接到LAN 和 WAN，甚至支持全球漫游。此外，藍牙成本低、體積小，可用于更多的設備。但是，藍牙主要是點對點的短距離無線發送技術，本質上要么是RF要么是紅外線。而且，藍牙被設計成低功耗、短距離、低帶寬的應用，嚴格來講，不算是真正的局域網技術。
　　家庭網絡的HomeRF
　　HomeRF主要為家庭網絡設計，是IEEE 802.11與DECT的結合，旨在降低語音數據成本。HomeRF也采用了擴頻技術，工作在2.4GHz頻帶，能同步支持4條高質量語音信道。但目前HomeRF的傳輸速率只有1~2Mbps，FCC建議增加到10Mbps。
　　通過比較分析可以看出，各種標準都是根據不同的使用場合，不同的用戶需求而制定的。有的是為了增加帶寬和傳輸距離，有的則是考慮移動性和經濟性，局部最優不等于全局最優。因此，用戶應視實際需求選擇適合自己的標準。
　　　　附表：
　　
　　　 802.11 802.11b 802.11a Bluetooth HomeRF
　　　頻率 2.4GHz 2.4GHz 5GHz 2.4GHz 2.4GHz
　　　帶寬 1~2Mbps 可達11Mbps 可達54Mbps 1Mbps 1~2Mbps可增至11Mbps
　　　距離 100m功率增加可擴展 100m 5~10km 10m~100m 100m
　　　業務數據數據圖像語音數據圖像語音數據語音數據
　　無線局域網的組成
　　無線局域網由無線網卡、無線接入點（AP）、計算機和有關設備組成，采用單元結構，將整個系統分成許多單元，每個單元稱為一個基本服務組（BSS），BSS的組成有以下三種方式：一是集中控制方式，每個單元由一個中心站控制，網中的終端在該中心站的控制下與其他終端通信。盡管BSS區域較大，但其所建中心站的費用較昂貴。二是分布對等式，BSS中任意兩個終端可直接通信，無需中心站轉接。盡管BSS區域較小，但這種方式的結構簡單，使用方便。三是集中控制式與分布對等式相結合的方式。
　　一個無線局域網可由一個基本服務區（BSA）組成，一個BSA通常包含若干個單元，這些單元通過AP與某骨干網相連。骨干網可以是有線網，也可以是無線網。
　　無線局域網的安全性
　　■ 無線局域網采用的無線擴頻通信本身就起源于軍事上的防竊聽（Ａｎｔｉ－Ｊａｍｍｉｎｇ）技術；
　　■ 擴頻無線傳輸技術本身使盜聽者難以捕捉到有用的數據；
　　■ 無線局域網采取完善網絡隔離及網絡認證措施；
　　■ 無線局域網設置有嚴密的用戶口令及認證措施，防止非法用戶入侵；
　　■ 無線局域網設置附加的第三方數據加密方案，即使信號被盜聽也難以理解其中的內容。
　　對于有線局域網中的諸多安全問題，在無線局域網中基本上可以避免。
　　無線局域網的的劣勢
　　目前，無線局域網還不能完全脫離有線網絡，它只是有線網絡的補充，而不是替換。與有線網絡相比，無線局域網有以下不足：
　　一是網絡產品昂貴，相對于有線網絡，無線網絡設備的一次性投入費用較高，增加了組網的成本。
　　二是傳輸速率慢，雖然無線局域網的傳輸速度目前可達到10Mb/s左右，但相對于有線以太網可實現1Gb/s的傳輸速度來說，還是有相當大的差距的。
　　無線局域網的的優點
　　無線局域網的網絡速度與以太網相當。一個AP最多可支持100多個用戶的接入，最大傳輸范圍可達到幾十公里，具有以下幾大特點。
　?。?）具有高移動性，通信范圍不受環境條件的限制，拓寬了網絡的傳輸范圍。在有線局域網中，兩個站點的距離在使用銅纜（粗纜）時被限制在500m，即使采用單模光纖也只能達到3000m，而無線局域網中兩個站點間的距離目前可達到50km。
　　（2）抗干擾性強。我們知道微波信號傳輸質量低，往往是因為在發送信號的中心頻點四周有能量較強的同頻噪聲干擾，導致信號失真。無線局域網使用的無線擴頻設備直擴技術產生的11位隨機碼元能將源信號在中心頻點向上下各展寬11MHz，使源信號獨占22MHz的帶寬，且信號平均能量降低。在實際傳輸中，接收端接收到的是混合信號，即混合了（高能量低頻寬的）噪聲。混合信號經過同步隨機碼元解調，在中心頻點處重新解析出高能的源信號，依據同樣算法，混合的噪聲反而被解調為平均能量很低可忽略不計的背景噪聲。
　?。?）安全性能強，無線擴頻通信本身就起源于軍事上的防竊聽（Ａｎｔｉ－Ｊａｍｍｉｎｇ）技術；擴頻無線傳輸技術本身使盜聽者難以捕捉到有用的數據；無線局域網采取網絡隔離及網絡認證措施；無線局域網設置有嚴密的用戶口令及認證措施，防止非法用戶入侵；無線局域網設置附加的第三方數據加密方案，即使信號被盜聽也難以理解其中的內容。對于有線局域網中的諸多安全問題，在無線局域網中基本上可以避免。
　?。?）擴展能力強，在已有無線網絡的基礎上，只需通過增加AP(無線接入點)及相應的軟件設置即可對現有網絡進行有效擴展。無線網絡的易擴展性是有線網絡所不能比擬的。
　　（5）建網輕易，治理方便。相對于有線網絡，無線局域網的組建、配置和維護較為輕易，一般計算機工作人員都可以勝任網絡的治理工作。
　?。?）組網速度快、工程周期短。無線擴頻通信可以迅速（數十分鐘內）組建起通信鏈路，實現臨時、應急、抗災通信的目的，而有線通信則需要較長的時間。
　?。?）開發運營成本低。無線局域網在人們的印象中是價格昂貴的，但實際上，在購買時不能只考慮設備的價格，因為無線局域網可以在其它方面降低成本。有線通信的開通必須架設電纜，或挖掘電纜溝或架設架空明線；而架設無線鏈路則無需架線挖溝，線路開通速度快。將所有成本和工程周期統籌考慮，無線擴頻的投資是相當節省的。使用無線局域網不僅可以減少對布線的需求和與布線相關的一些開支，還可以為用戶提供靈活性更高、移動性更強的信息獲取方法。
　?。?）受自然環境、地形及災難影響小。有線通信除電信部門外，其它單位的通信系統沒有在城區挖溝鋪設電纜的權力；而無線通信方式則可根據客戶需求靈活定制專網。有線通信受地勢影響，不能任意鋪設；而無線通信覆蓋范圍大，幾乎不受地理環境限制。
　　無線局域網的要害技術
　　無線聯網技術是基于IEEE802.11標準（用于無線網絡的國際標準），該標準主要對網絡的物理層和訪問層（MAC）進行規定，其中MAC層是重點。在MAC層以下，802.11規定了三種發送及接收技術：擴頻(SPRead Spectrum)技術、紅外（Infared）技術、窄帶（Narrow Band）技術。而擴頻又分為直序（Direct Sequence,DS）擴頻和跳頻（Frequeny Hopping，FH）擴頻兩種。
　　實現無線局域網的要害技術主要有三種：紅外線、跳頻擴頻（FHSS）和直接序列擴頻（DSSS）。
　　紅外線局域網采用小于1μm波長的紅外線作為傳輸媒體，有較強的方向性，受太陽光的干擾大。紅外線支持1~2Mb/s數據速率，適于近距離通信。
　　DSSS局域網可在很寬的頻率范圍內進行通信，支持1~2Mb/s數據速率，在發送和接收端都以窄帶方式進行，而傳輸過程中則以寬帶方式通信。
　　FHSS局域網支持1Mb/s數據速率，共22組跳頻圖案，包括79個信道，輸出的同步載波經調解后，可獲得發送端送來的信息。
　　DSSS和FHSS無線局域網都使用無線電波作為媒體，覆蓋范圍大，發射功率較自然背景的噪聲低，基本避免了信號的偷聽和竊取，使通信非常安全。同時，無線局域網中的電波不會對人體健康造成傷害，具有抗干擾性、抗噪聲、抗衰減和保密性能好等優點。
　　我們知道，擴頻技術利用的是開放的2.4GHz頻段，由于這是個公用頻段，因此十分擁擠，微波噪聲最大，采取何種發送和接收方法，會直接影響到微波傳輸的質量和速率。直序擴頻技術同時使用整個頻段，信號被擴展多次而無損耗；而跳頻擴頻技術是連續間斷跳躍使用多個頻點。當跳到某個頻點時，判定是否有干擾，若無，則傳輸信號；若有則依據算法跳至下一頻段繼續判定。正是由于利用了跳頻技術，使得跳頻的范圍很寬，但是信息在每個頻率上停留的時間很短（僅為1/1000秒左右），不僅使得數據的抗干擾能力大大提高，而且傳輸更加穩定，提高了數據的安全性，這就是無線網絡傳輸的要害。當然，IEEE802.11中還規定了其他一些重要內容，例如CSMA/CA協議、RTS/CTS協議、信包重整、多信道漫游等，這里就不具體敘述了，有愛好的朋友可以參看有關書籍。
　　無線局域網的抗干擾性能
　　無線局域網采用的擴頻通信系統擴展的頻譜越寬，處理增益越高，抗干擾能力就越強。簡單地說，假如信號頻譜展寬10倍，那么干擾方面需要在更寬的頻帶上去進行干擾，分散了干擾功率，從而在總功率不變的條件下，其干擾強度只有原來的1／10。另外，由于接收端采用擴頻碼序列進行相關檢測，空中即使有同類信號進行干擾，假如不能檢測出有用信號的碼序列，干擾也起不了太大作用，因此抗干擾性能強是擴頻通信的最突出的優點。
　　擴頻產品的抗干擾能力不僅僅是局限在抗多徑干擾，抗自身干擾，以及抗外界的相鄰頻段干擾等，而且更能反抗各種惡劣天氣(狂風暴雨，梅雨季節，大雪，濃霧等)對通信鏈路所造成的影響，并能跨江傳輸，在海面長距離優質傳輸，這是傳統微波所無法比擬的。

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