无线局域网技术分析与探讨
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摘要：经过多年的发展与应用，多种的无线网络技术逐渐应用于各个不同的领域中，随着无线网络技术的发展这几种不同的标准不单套在各自的领域发挥越来越重要的作用，而且它们正逐渐慢慢容合起来，组成一个全新的无残局城网，并对这几种无线局网络技术进行分析与比对。
关键词：IEEE 802.11；OFDM-MIMO；IEEE802.16e；WIMAX蓝牙
中图分类号：TP393.17
文献标识码：A
文章编号：1672-3198(2009)08-0257-02
1.1 蓝牙技术Bluetooih
蓝牙技术是Ericsson移动通信公司在1994年开始启动。是一种传输范围约为10m左右的开放性的、短距离无线通信技术标准，它可以在较小的范围内通过无线连接的方式实现固定设备以及移动设备之间的网络互连，可以在各种数字设备之间实现灵活、安全、低成本、小功耗的话音和数据通信。蓝牙系统一般由天线单元、链路控制(同件)单元、链路管理(软件)单元和蓝牙软件(协议栈)单元四个功能单元组成。蓝牙的天线部分体积十分小巧、重量轻，属于微带天线；目前蓝牙产品的链路控制硬件单元包括3个集成芯片。连接控制器、基带处理器以及射频传输／接收器，此外还使用了3－5个单独调谐元件，基带链路控制器负责处理基带协议和其它一些低层常规协议，链路管理软件模块携带了链路的数据设置、鉴权、链路硬件配置和其它一些协议，LM能够发现其他远端LM并通过链路管理协议LMP(link Mausger Protocol)与之通信；蓝牙的软件(协议找)是一个独立的操作系统，不与任何操作系统捆绑，它符合已经制定好的蓝牙规范。蓝牙系统的通信协议大部分可用软件来实现，加载到Flash RAM中即可进行工作。
1.2 早期IEE802.11a／b
IEEE802.11是IEEE于97年推出的WLAN的协议标准，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，业务主要限于数据存取，速率最高只能达到2Mb／s由于IEEE802.11在速率和传输距离上都不能满足人们的需要。因此，IEEE小组又相继推出了IEEE802.11b和IEEE802.11a两个新标准。三者之间技术上的主要差别在于MAC子层和物理层。IEEE802.11b物理层支持5.5Mb／s和11Mb／s两个新速率，采用一种新的调制技术CCK(Complementsry Code Keying)完成。IEEE802.11b使用动态速率漂移可因环境变化。在11Mb／s、5.5Mb／s、2Mb／s、1Mb／s之间切换，且在2Mb／s、iMb／s速率时与IEEE802.11兼容。IEEE802.11a工作在5GHz U－NH频带物理层速率可达54mb／s，传输层达25Mb／s。采用正交频分复用(Orthogonsl Frequency Division Multiplexing，OFDM)的独特扩频技术；可提供25Mb／s的无线ATM接口和10Mb／s的以太网无线帧结构接口，以及TDD／TDMA的空中接口；支持语音、数据、图像业务；一个扇区可接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。
1.3 IEEE802.11g、IEEE802.11n技术
1.3.1 IEEE802.11g
随着技术及市场的快速发展。IEEE组织于2003年6月12号正式批准了更为高速的无线局域网技术标准－IEEE 802.11g。最新批准的IEEE 802.11g有两个最为主要的特征：高速率和兼容802.11b。高速率是由于其采用于OFDM调制技术可得到高达54Mbps的数据通信带宽，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技术，并采用了一个“保护”机制、因此可与802.11b的产品保持兼容。尽管802.11b和802.11g的设备都是工作在2.4GHz，但是它们采用了不同的调制技术：802.11b设备采用了CCK(ComplementaryCode Keying)而802.11g采用了OFDM(Orthogonal Fre-quency Division Multiplexing)技术。
1.3.2 新兴的802.11n
新兴的802.11n标准具有高达600 Mbps的速率，是下一代的无线网络技术，可提供支持对带宽最为敏感的应用所需的速率、范围和可靠性。802.11n结合了多种技术，其中包括spatial Multiplexing MIMO(Multi－In，Multi－Out)(空间多路复用多人多出)、20和40MHz信道和双频带(2.4GHz和5GHz)，以便形成很高的速率，同时又能与以前的IEEE 802.11b／g设备通信。
2 实高速无线网络技术的关键技术
2.1 OFDM技术
OFDM系统是将所传输的数据符号并行调制在相互之间重叠正交的多个子载波上来传输，一方面数据符号串并变换会使每个子载波上的符号周期相对地增长，可以最大限度地减轻由无线信道的多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的影响，避免频率选择性衰落，另一方面，子载波之间正交。可以有效利用带宽，提高系统容量。总地来说OFDM具有抗多径避免频率选择性衰落和频谱利用率高等优点。
2.2 OFDM基本原理
OFDM(正交频分复用)是多载波调制技术的一种。多载波调制本质上是一种频分复用技术，它早在19世纪以前就已经被提出。频分复用技术是把可用带宽分成若干个相互隔离的子频带，同时分别传送一路低速信号，从而达到信号复用的目的。OFDM不同于传统的多载波调制，它是在多载波技术的基础上使不同的子载波相互正交，这种正交性有利于克服频分复用及传统多载波技术中频谱效率低的不足。其实质就是把高速率的信源信息流通过串并变换，变换成低速率的N路并行数据流，然后用N个相互正交的载波进行调制，将N路调制后的信号相加得到发射信号。相比于串行传输在所传输的频带内，当许多载频并行传输一路数据信号时，可大大扩展信号的脉冲宽度，提高抗多径衰落方面的性能。
2.3 MIMO、MIMO-OFDM技术
2.3.1 MIMO技术
MIMO(Multiple Input，Multiple Output)技术可以简单定义为：在无线通信系统中，链路的发端和收端都使用多副天线。MIMO系统的特点是将多径传播变为有利因素。它有效地使用随机衰落及多径时延扩展，在不增加频谱资源和天线发送功率的情况下，不仅可以利用MIMO信道提供的空间复用增益提高信道的容量，同时还可以利用MIMO信道提供的空间分集增益提高信道的可靠性，降低误码率。
实现空间复用增益的算法主要有贝尔实验室分层空时码(BLAST)算法、追零(zF)算法、最小化均方误差(MMSE)算法、最大似然(ML)算法。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(STBC：SpaceTime Block Codes)和空时格码(STTC：Space Time Trellis Codes)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增益和时间分集增益，从而降低信道误码率。
2.3.2 MIMO-OFDM技术
将MIMO与OFDM技术相结合并应用到下一代无线通信系统中，正在成为无线通信领域的一个研究热点。先前关于MIMO技术的研究基本局限于无线窄带通信系统，主要是因为空间分集的宽带MIMO信道在提供更高通信容量的同时，由于时延扩展的原因也引入了频率分集。从前面的讨论可以得知，如果多径信道是频率选择性信道(较大信道带宽情况下)。OFDM传输技术可以通过消除符号间干扰来减小频率选择性的影响。使用K个载波的情况下，OFDM可以把频率选择性信道转换成为K个并行的互补干扰的独立信道。同时，OFDM技术可以大大降低无线宽带通信系统中接收机的复杂度。
3 下一代城域网WiMAX
3.1 WiMAX的介绍
WiMAX全称为World Interoperability forMicrowave Access，即全球微波接入互操作性，是由Intcl发起成立的非盈利组织，旨在对基于IEEE 802.16标准和ETSI Hiper-MAN标准的宽带无线接人产品进行一致性和互操作性认证。它涵盖了802.16d、802.16e及之后的802.16系列标准。WiMAX作为城域网接人手段，采用了多种技术来应对建筑物阻挡情况下的非视距(NLOS)和阻挡视距(OLOS)的传播条件，因此其可以实现非视距传输。WiMAX系统也可以连接WLAN的热点和互联网，也可作为企业或家庭xDSL和Cabel Modem的无线扩充技术，或者取代有线宽带接入的市场。因此从这个意义上说，WiMAX是解决“最后一公里”的通信接人问题。特别是对于很多发展中国家或偏远地区没有Cable和DSL服务，因为有线基础设施费用较高，通过WiMAX的布建将能助于打开此市场，也就是最后一公里的无线宽带布建。
3.2 WiMAX与WLAN两者间应用的比较
WiMAX的IEEE 802.16标准又称为IEEE Wireless MAN空中接口标准，对工作于不同频带的无线接人系统空中接口进行了规范。由于它所规定的无线系统覆盖范围在公里(kin)量级，因此802.16系统主要应用于城域网。而IEEE的802.11系列的WLAN主要应用于家族、校园、商场等较小的场合。而且无论在传输速度还是在传输的距离还有用户的数目上跟WiMAX都有较大的差距。但WLAN有室内的大容量高带宽、技术、设备成熟、设备成本低、公共频段、暂时无需付费等优势。因此两者应充分发展它们之间的互补性。从而组合一个新的无线网络形式。
3.3 WLAN与WiMAX的融合
WiMAX和WLAN虽然是当前市场上非常有前景也很成熟的技术，但它们也有各自的一些局限性，如WiMAX在中国的频谱未定，WLAN的安全和标准还存在较大争论等。所以对两者的应用必须扬长避短，充分发挥前者的覆盖能力强、传输距离远、安全性好和有QoS保障等特点以及后者的带宽大、接入灵活，产业化程度高和价格便宜等长处。根据目前无线接入技术发展过程中的实践，WiMAX-WLAN主要的应用方式包括：WLAN热点覆盖，WiMAX回程(backhaul)；WiMAX提供企业专网的数据和VolP语音全面接入；WiMAX的纯IP语音网络；农村信息化；安全、监控等视频的应用场景。其中，那些已经布设有WLAN等无线接入网络的发达地区。不需要进行重复的无线覆盖建设。仅用WiMAX做无线传输，称为热点回程。在没有无线数据接入的地区，可直接由WiMAX的终端实现用户的数据和语音接入。