技術(shù)前沿：WLAN(無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng))發(fā)展與應用

　　1 引言

　　無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)WLAN，顧名思義是一種借助無(wú)線(xiàn)技術(shù)取代以往有線(xiàn)布線(xiàn)方式構成局域網(wǎng)的新手段，可提供傳統有線(xiàn)局域網(wǎng)的所有功能。它是計算機網(wǎng)絡(luò )與無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)相結合的產(chǎn)物，系統用無(wú)線(xiàn)接入的一個(gè)子集，但原則上與藍牙有類(lèi)似性，覆蓋無(wú)線(xiàn)個(gè)人域網(wǎng)(WPAN)范疇。與藍牙相比，它能支持較高傳輸速率(2~54Mbit/s，甚至更高)，利用射頻無(wú)線(xiàn)電或紅外線(xiàn)，借助直接序列擴頻(DSSS)或跳頻擴頻(FHSS)，GMSK，OFDM等技術(shù)，甚至可達到與UWB超寬帶技術(shù)相比擬的傳輸速率600Mbit/s~1Gbit/s左右，實(shí)現固定、半移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )終端對Internet網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行較遠距離的高速連接訪(fǎng)問(wèn)。因此，原則上它與速率較低的藍牙技術(shù)有不同市場(chǎng)定位，相互支持補充，構成一種完整有效的WLAN/WPAN/WBAN無(wú)線(xiàn)接入。1997年6月，IEEE推出了802.11標準，開(kāi)創(chuàng )了WLAN標準的先河。我國自主創(chuàng )新的WAPE/TEPA技術(shù)對確保WLAN安全性作出了重要貢獻。早期加入WLAN領(lǐng)域的一些標準有IEEE1/b/a/g(最高速率54Mbit/s，工作于2.4GHz IMS頻段及5GHz頻段)。HiperLAN是由ETSI的RES10工作組提出的歐洲WLAN標準，工作頻段為5.12~5.30GHz及17.1~17.3GHz，最高速率54Mbit/s。在5GHz頻段運行的WLAN在不同國家與地區有不同的叫法。例如，在歐共體稱(chēng)為HiperLAN，在澳大利亞稱(chēng)為RLAN(Radio LAN)，在加拿大稱(chēng)為L(cháng)ELAN(License-exempt Wireless LAN)。彼此雖有一定類(lèi)似性，但亦有不同做法與管理要求。HiSWANx是日本ARAB的多媒體移動(dòng)接入通信的WLAN系列標準，HiSWANa工作于5GHz頻段，HiSWANb工作于25/27GHz頻段，數據傳輸速率為6~54Mbit/s。寬帶家用射頻Wideband Home RF主要為家庭網(wǎng)絡(luò )設計，是IEEE 802.11與數字無(wú)繩DECT標準的結合體，工作在2.4GHz頻段，能同步支持多路高質(zhì)量語(yǔ)音信道，可支持系列速率1Mbit/s，2Mbit/s，5Mbit/s和10Mbit/s。典型的數字無(wú)繩，如DECT及PHS等亦曾加入WLAN的有效競爭行列。紅外線(xiàn)數據接入IrDA是一種利用紅外線(xiàn)進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)通信的手段，其軟硬件技術(shù)均已較成熟，傳輸速率可高達16Mbit/s。其主要優(yōu)點(diǎn)為體積小、成本低、功率小、適應移動(dòng)需求，早期約有95%的手提電腦上安裝了IrDA接口，但連接設備間不能有遮檔物，多個(gè)設備間如欲連接，需調整其位置及角度，比較復雜，其核心部件紅外線(xiàn)LED也不甚耐用。

　　目前，WLAN領(lǐng)域主要是IEEE 802.11x系列。我國自主創(chuàng )新標準WAPE及歐洲Hiper LAN/x系列等幾種標準在積極發(fā)揮作用。

　　近代通用無(wú)線(xiàn)接入作為先進(jìn)手段實(shí)施接入網(wǎng)的全部或部分功能，它已成為有線(xiàn)接入的有效支持、補充與延伸，是快速、靈活裝備與實(shí)現普遍服務(wù)的重要途徑。無(wú)線(xiàn)接入目前雖大部分為窄帶，但中寬帶與寬帶(Wideband and Broadband)無(wú)線(xiàn)接入，包括2.5G/3G移動(dòng)接入、不對稱(chēng)IP接入及衛星接入已成為可能。而WLAN/WPAN/WBAN技術(shù)可視為一種最接近用戶(hù)的短距離、微功率、微微小區(Pico-cell)型無(wú)線(xiàn)接入手段，加上毫微微小區Femtocell以及M2M-傳感網(wǎng)/物聯(lián)網(wǎng)(WSN/WVSN/Internet of Things)等助力，在構筑新世紀泛在/普適全球個(gè)人通信網(wǎng)絡(luò )及無(wú)線(xiàn)連接世界方面將發(fā)揮其獨特的重要作用。很明顯，由于通用無(wú)線(xiàn)接入可綜合包括宏大區、大區、小區、微小區、微微小區、毫微微小區、高速移動(dòng)、全移動(dòng)、半移動(dòng)(包括Nomadic游牧式)、可搬移(Transportable)及固定等多種接入覆蓋模式，可有效覆蓋三維物理空間的任一角落及有效地在任何時(shí)候以各種適當手段連接至任何個(gè)人用戶(hù)，它對未來(lái)全球個(gè)人通信的實(shí)際連接覆蓋的普遍化與重要性顯而易見(jiàn)。無(wú)線(xiàn)接入與Internet聯(lián)合運作的所謂無(wú)線(xiàn)Internet/移動(dòng)IP，以及更進(jìn)一步以全球移動(dòng)通信的演進(jìn)發(fā)展沿2G→2G+(2.5G，2.75G)→3G→3G+→4G這一發(fā)展脈絡(luò )，將及時(shí)大量運用及嵌入3G/4G，Bluetooth，WLAN/WPAN/WBAN之類(lèi)新手段，進(jìn)入所謂嵌入式(Embedded)世界，實(shí)現以Pico-cell小區個(gè)人接入為中心展開(kāi)的無(wú)線(xiàn)個(gè)人域與物體域網(wǎng)絡(luò )(WPAN/WBAN)時(shí)代。這將成為未來(lái)全球個(gè)人通信世界中的最重要環(huán)節之一。

　　2 802.11x及其速率增強

　　第二次世界大戰后，無(wú)線(xiàn)通訊因在軍事上應用的成功而受到重視，但缺乏廣泛的通訊標準。于是，IEEE在1997年為無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)制定了第一個(gè)標準──IEEE 802.11，其中定義了媒體存取控制層(MAC層)和物理層。物理層定義了在2.4GHz的ISM頻段上工作，總數據傳輸速率設計為2Mbit/s。兩個(gè)設備之間的通信可以以自組織(Ad Hoc)的方式進(jìn)行，也可以在基站BS(Base Station)或訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)AP(Access Point)的協(xié)調下進(jìn)行。為了在不同的通訊環(huán)境下取得良好的通訊質(zhì)量，采用了CSMA/CA(Carrier Sense Multi Access/Ollision Avoidance)多址連接方式。IEEE 802.11標準最初主要用于解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中用戶(hù)的無(wú)線(xiàn)接入，其業(yè)務(wù)主要限于數據存取，速率最高只能達到2Mbit/s。之后，由于速率和傳輸距離都不能滿(mǎn)足人們的需要，IEEE小組又相繼推出了更高速率的標準802.11b和802.11a。802.11b支持較高速率達1Mbit/s，同樣工作于2.4GHz ISM頻段，亦稱(chēng)Wi-Fi(無(wú)線(xiàn)保真，Wireless Fedelity)，可為筆記本電腦或桌面電腦提供完整的網(wǎng)絡(luò )系統服務(wù)。802.11a為利用5GHz頻段的WLAN方式，傳輸速率更高，可達25Mbit/s或更高，借助OFDM技術(shù)，其速率可高達54Mbit/s。它亦被稱(chēng)為Wi-Fi5，可適應話(huà)音、數據、圖像等多媒體業(yè)務(wù)的需要。802.11x標準即由Wi-Fi聯(lián)盟推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化與應用工作。

　　為使進(jìn)入廣泛商用的WLAN取得更高速率、更可靠的QoS及安全性，IEEE進(jìn)行了一系列補充修訂，向802.1x系列標準化努力，包括OFDM，高狀態(tài)M-QAM調制與FEC技術(shù)，MIMO，CR，DFM等近代先進(jìn)無(wú)線(xiàn)設備與網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的運用。