劉涌+胡慶峰+韓偉

摘要：與傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)相比，無線局域網(wǎng)具有更加靈活，運(yùn)維成本更低等特點(diǎn)。IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)地描述了其相關(guān)的物理規(guī)范，向人們展示了無線網(wǎng)的發(fā)展歷程的同時(shí)，也指引了無線網(wǎng)的發(fā)展方向。目前在無線網(wǎng)相關(guān)技術(shù)中，比較重要的有CCK、OFDM、MIMO和MIMO-OFDM等，而這些技術(shù)也正是人們生活中經(jīng)常用到的IEEE902.11a、b、g、n的核心技術(shù)，有了這些技術(shù)的保障，加上諸如控制發(fā)射功率、調(diào)節(jié)接收器靈敏度、天線的方向和工作環(huán)境的影響等因素，才使得無線網(wǎng)能夠很快地應(yīng)用在人們生活中，而這些也正是無線網(wǎng)進(jìn)一步發(fā)展的研究方向。

關(guān)鍵詞：IEEE802.11；WiFi；AP；OFDM

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）34-0037-02

1 概述

無線局域網(wǎng)（Wireless Local Area Networks）簡(jiǎn)稱WLAN，指通過無線連接的方式組建的局域網(wǎng)，和傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)相比，它具有安裝簡(jiǎn)便、運(yùn)行靈活、維護(hù)成本低、擴(kuò)展能力強(qiáng)等特點(diǎn)。WLAN的核心標(biāo)準(zhǔn)之一是由電氣電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）802標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)第十一標(biāo)準(zhǔn)工作組制定，即IEEE802.11體系，IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)由WiFi（Wireless Fidelity）聯(lián)盟進(jìn)行推廣，這也就是人們俗稱的WiFi網(wǎng)絡(luò)的由來。

生活中常見的IEEE802.11a、b、g、n均為該體系中修正案的編號(hào)，編號(hào)從a排至z，其中F和T大寫，表示這兩個(gè)僅為操作規(guī)程建議，再之后制定的修正案用兩個(gè)字母標(biāo)注，如aa，ae，ai等。IEEE802.11-1997于1997年通過后，1999年9月通過了IEEE802.11a，從而引入了正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFDM）并定義了5GHz頻段高速物理層的規(guī)范；同年802.11b引入了補(bǔ)碼鍵控技術(shù)（CCK）并對(duì)2.4GHz頻段的物理層進(jìn)行擴(kuò)展；802.11g將a中OFDM PHY擴(kuò)展到了2.4GHz，并同b保持了設(shè)備的向后兼容性和互操作性；802.11n則同時(shí)支持2.4GHz和5GHz，通過使用多入多出（MIMO）進(jìn)行空分復(fù)用和40MHz帶寬操作特性，使傳速速率達(dá)到300Mbit/s，最高速可達(dá)600Mbit/s，同時(shí)兼容802.11b和g。

2 WiFi的組成

無論采用哪種IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)完整的WiFi網(wǎng)絡(luò)主要由無線介質(zhì)（WM）、站點(diǎn)（STA）、分布式系統(tǒng)（DS）和接入點(diǎn)（AP）組成：無線介質(zhì)，顧名思義，就是除了傳輸線之外的傳輸介質(zhì)，通常指的就是大氣；無線網(wǎng)絡(luò)中的站點(diǎn)簡(jiǎn)言之就是帶有無線網(wǎng)卡的計(jì)算設(shè)備，可以是手機(jī)，也可以是帶有無線網(wǎng)卡的電腦，是WiFi網(wǎng)絡(luò)的基本組成單元，一個(gè)最小的無線網(wǎng)絡(luò)可以僅由兩個(gè)站點(diǎn)組成，這種形式的網(wǎng)絡(luò)稱為Ad Hoc，通常用于臨時(shí)搭建的網(wǎng)絡(luò)，而兩個(gè)以上STA組合在一起互相通信，可以構(gòu)成一個(gè)基本服務(wù)集（BSS）；單個(gè)BSS的地理覆蓋范圍十分有限，利用分布式系統(tǒng)（DS）可以將多個(gè)BSS連接在一起，從而組成擴(kuò)展服務(wù)集（ESS）；在一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)中，為了更加有效地傳輸信號(hào)，需要設(shè)置一些具有橋接與控制功能的站點(diǎn)，這些站點(diǎn)被稱為接入點(diǎn)（AP），從某種角度講，AP決定了WiFi的各種組網(wǎng)方式，如：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式、多AP模式、基礎(chǔ)架構(gòu)模式、無線網(wǎng)橋模式和無線中繼器模式等。

3 WiFi的關(guān)鍵技術(shù)

WiFi出現(xiàn)短短幾年之內(nèi)，就得到了市場(chǎng)的認(rèn)可，除了其連接靈活方便的優(yōu)點(diǎn)外，更重要的原因是，WiFi的傳輸速度正在變得越來越快。常見的WiFi技術(shù)主要有DSSS/CCK技術(shù)、OFDM技術(shù)、MIMO技術(shù)等。

3.1 DSSS/CCK技術(shù)

IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)調(diào)制方式是基于CCK的QPSK，它采用DSSS和CCK技術(shù)，是一種單載波的調(diào)制技術(shù)，最高可達(dá)到11Mbit/s。在這種標(biāo)準(zhǔn)下，CCK技術(shù)能夠有效地克服多徑效應(yīng)，但也正因?yàn)槿绱耍?dāng)速率超過11Mbit/s時(shí)，需要引入更復(fù)雜的均衡調(diào)制技術(shù)，非常難以實(shí)現(xiàn)。

3.2 OFDM技術(shù)

正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFDM）是一種多載波調(diào)制技術(shù)，通過子載波互相正交的方式，使可用頻譜劃分的各個(gè)子載波互不干擾，從而提高頻譜的使用效率。相對(duì)CCK而言這種技術(shù)雖然更加高效，但也更加復(fù)雜，需要采用快速傅里葉逆變換（IFFT）和快速傅里葉變換（FFT）來分別實(shí)現(xiàn)正交的調(diào)制與解調(diào)，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)與DSP技術(shù)的發(fā)展，這兩種變換才得以快速實(shí)現(xiàn)，從而真正發(fā)揮OFDM的作用。

OFDM技術(shù)是超三代（B3G）和第四代移動(dòng)通信（4G）的核心技術(shù)。為了提高數(shù)據(jù)的傳輸速度，IEEE802.11a、g、n都采用了這種技術(shù)，由于一般的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)中下載量的需求遠(yuǎn)大于上傳量，OFDM通過控制上傳于下載的子載波數(shù)量，實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱傳輸，從而提高下載速度。

3.3 MIMO技術(shù)

多入多出（MIMO）技術(shù)可以說是下一代通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，通過在收發(fā)兩端都采用多天線和多通道的方式，有效地解決了多徑效應(yīng)引起的信號(hào)衰落問題；同時(shí)，由于各發(fā)射信號(hào)使用同一頻帶，利用MIMO技術(shù)創(chuàng)造多個(gè)并行空間通道，有效地提高了數(shù)據(jù)的傳輸速率。在帶寬和功率都固定的情況下，一般天線系統(tǒng)所提供的容量會(huì)隨天線數(shù)的增加而對(duì)數(shù)增長(zhǎng)，而MIMO技術(shù)提供的容量會(huì)隨天線數(shù)的增加呈線性增加，即更加有效地提高系統(tǒng)的最大傳輸率。值得一提的是，MIMO技術(shù)與OFDM技術(shù)并不沖突，甚至已經(jīng)有了MIMO-OFDM技術(shù)，有效地整合了兩者的優(yōu)勢(shì)，使無線系統(tǒng)對(duì)噪聲、干擾、多徑的容量大大增加。

4 WiFi通信距離

除了更快速地傳輸數(shù)據(jù)，WiFi的覆蓋范圍也是其重要指標(biāo)之一，即AP的覆蓋范圍。通常AP的覆蓋范圍會(huì)受發(fā)射機(jī)輸出功率、接收機(jī)靈敏度、工作頻率、工作環(huán)境和天線特性幾方面影響：

1）數(shù)據(jù)的傳輸速率越低，則 接收機(jī)的靈敏度越高，通信距離越遠(yuǎn)；

2）室外通信距離比室內(nèi)通信距離更遠(yuǎn)；

3）相同發(fā)射功率下，2.4GHz比5GHz覆蓋范圍更大；

4）天線的方向、增益與極化等會(huì)對(duì)通信距離產(chǎn)生很大影響。

5 結(jié)束語(yǔ)

無線WiFi作為互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的一個(gè)分支，因其實(shí)用性和便捷性，在人們的生活中起著越來越重要的作用，可以預(yù)見，隨著無線網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)不斷更新，未來的無線網(wǎng)絡(luò)將更加高速，覆蓋范圍更廣，以更有效的方式利用資源，而這也正是綠色網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)與宗旨。

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