技術(shù)前沿：WLAN(無(wú)線局域網(wǎng))發(fā)展與應(yīng)用

　　1 引言

　　無(wú)線局域網(wǎng)WLAN，顧名思義是一種借助無(wú)線技術(shù)取代以往有線布線方式構(gòu)成局域網(wǎng)的新手段，可提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的所有功能。它是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，系統(tǒng)用無(wú)線接入的一個(gè)子集，但原則上與藍(lán)牙有類似性，覆蓋無(wú)線個(gè)人域網(wǎng)(WPAN)范疇。與藍(lán)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)線電或紅外線，借助直接序列擴(kuò)頻(DSSS)或跳頻擴(kuò)頻(FHSS)，GMSK，OFDM等技術(shù)，甚至可達(dá)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(xiàn)固定、半移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)終端對(duì)Internet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行較遠(yuǎn)距離的高速連接訪問(wèn)。因此，原則上它與速率較低的藍(lán)牙技術(shù)有不同市場(chǎng)定位，相互支持補(bǔ)充，構(gòu)成一種完整有效的WLAN/WPAN/WBAN無(wú)線接入。1997年6月，IEEE推出了802.11標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)創(chuàng)了WLAN標(biāo)準(zhǔn)的先河。我國(guó)自主創(chuàng)新的WAPE/TEPA技術(shù)對(duì)確保WLAN安全性作出了重要貢獻(xiàn)。早期加入WLAN領(lǐng)域的一些標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)，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(yùn)行的WLAN在不同國(guó)家與地區(qū)有不同的叫法。例如，在歐共體稱為HiperLAN，在澳大利亞稱為RLAN(Radio LAN)，在加拿大稱為L(zhǎng)ELAN(License-exempt Wireless LAN)。彼此雖有一定類似性，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(biāo)準(zhǔn)，HiSWANa工作于5GHz頻段，HiSWANb工作于25/27GHz頻段，數(shù)據(jù)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(shè)計(jì)，是IEEE 802.11與數(shù)字無(wú)繩DECT標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)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(shù)字無(wú)繩，如DECT及PHS等亦曾加入WLAN的有效競(jìng)爭(zhēng)行列。紅外線數(shù)據(jù)接入IrDA是一種利用紅外線進(jìn)行點(diǎn)對(duì)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(dá)16Mbit/s。其主要優(yōu)點(diǎn)為體積小、成本低、功率小、適應(yīng)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(shè)備間不能有遮檔物，多個(gè)設(shè)備間如欲連接，需調(diào)整其位置及角度，比較復(fù)雜，其核心部件紅外線LED也不甚耐用。

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

　　近代通用無(wú)線接入作為先進(jìn)手段實(shí)施接入網(wǎng)的全部或部分功能，它已成為有線接入的有效支持、補(bǔ)充與延伸，是快速、靈活裝備與實(shí)現(xiàn)普遍服務(wù)的重要途徑。無(wú)線接入目前雖大部分為窄帶，但中寬帶與寬帶(Wideband and Broadband)無(wú)線接入，包括2.5G/3G移動(dòng)接入、不對(duì)稱IP接入及衛(wèi)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的短距離、微功率、微微小區(qū)(Pico-cell)型無(wú)線接入手段，加上毫微微小區(qū)Femtocell以及M2M-傳感網(wǎng)/物聯(lián)網(wǎng)(WSN/WVSN/Internet of Things)等助力，在構(gòu)筑新世紀(jì)泛在/普適全球個(gè)人通信網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線連接世界方面將發(fā)揮其獨(dú)特的重要作用。很明顯，由于通用無(wú)線接入可綜合包括宏大區(qū)、大區(qū)、小區(qū)、微小區(qū)、微微小區(qū)、毫微微小區(qū)、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(dāng)手段連接至任何個(gè)人用戶，它對(duì)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)線接入與Internet聯(lián)合運(yùn)作的所謂無(wú)線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(yùn)用及嵌入3G/4G，Bluetooth，WLAN/WPAN/WBAN之類新手段，進(jìn)入所謂嵌入式(Embedded)世界，實(shí)現(xiàn)以Pico-cell小區(qū)個(gè)人接入為中心展開(kāi)的無(wú)線個(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(jié)之一。

　　2 802.11x及其速率增強(qiáng)

　　第二次世界大戰(zhàn)后，無(wú)線通訊因在軍事上應(yīng)用的成功而受到重視，但缺乏廣泛的通訊標(biāo)準(zhǔn)。于是，IEEE在1997年為無(wú)線局域網(wǎng)制定了第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)──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(shù)據(jù)傳輸速率設(shè)計(jì)為2Mbit/s。兩個(gè)設(shè)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)或訪問(wèn)點(diǎn)AP(Access Point)的協(xié)調(diào)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(biāo)準(zhǔn)最初主要用于解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中用戶的無(wú)線接入，其業(yè)務(wù)主要限于數(shù)據(jù)存取，速率最高只能達(dá)到2Mbit/s。之后，由于速率和傳輸距離都不能滿足人們的需要，IEEE小組又相繼推出了更高速率的標(biāo)準(zhǔn)802.11b和802.11a。802.11b支持較高速率達(dá)1Mbit/s，同樣工作于2.4GHz ISM頻段，亦稱Wi-Fi(無(wú)線保真，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(tǒng)服務(wù)。802.11a為利用5GHz頻段的WLAN方式，傳輸速率更高，可達(dá)25Mbit/s或更高，借助OFDM技術(shù)，其速率可高達(dá)54Mbit/s。它亦被稱為Wi-Fi5，可適應(yīng)話音、數(shù)據(jù)、圖像等多媒體業(yè)務(wù)的需要。802.11x標(biāo)準(zhǔn)即由Wi-Fi聯(lián)盟推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化與應(yīng)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(bǔ)充修訂，向802.1x系列標(biāo)準(zhǔn)化努力，包括OFDM，高狀態(tài)M-QAM調(diào)制與FEC技術(shù)，MIMO，CR，DFM等近代先進(jìn)無(wú)線設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的運(yùn)用。