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

　　1 引言

　　無線局域網(wǎng)WLAN，顧名思義是一種借助無線技術(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。它是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，系統(tǒng)用無線接入的一個子集，但原則上與藍(lán)牙有類似性，覆蓋無線個人域網(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，實現(xiàn)固定、半移動網(wǎng)絡(luò)終端對Internet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行較遠(yuǎn)距離的高速連接訪問。因此，原則上它與速率較低的藍(lán)牙技術(shù)有不同市場定位，相互支持補(bǔ)充，構(gòu)成一種完整有效的WLAN/WPAN/WBAN無線接入。1997年6月，IEEE推出了802.11標(biāo)準(zhǔn)，開創(chuàng)了WLAN標(biāo)準(zhǔn)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(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LELAN(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，是IEEE 802.11與數(shù)字無繩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)字無繩，如DECT及PHS等亦曾加入WLAN的有效競爭行列。紅外線數(shù)據(jù)接入IrDA是一種利用紅外線進(jìn)行點對點通信的手段，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)點為體積小、成本低、功率小、適應(yīng)移動需求，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。

　　近代通用無線接入作為先進(jìn)手段實施接入網(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、靈活裝備與實現(xiàn)普遍服務(wù)的重要途徑。無線接入目前雖大部分為窄帶，但中寬帶與寬帶(Wideband and Broadband)無線接入，包括2.5G/3G移動接入、不對稱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/普適全球個人通信網(wǎng)絡(luò)及無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、全移動、半移動(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候以各種適當(dāng)手段連接至任何個人用戶，它對未來全球個人通信的實際連接覆蓋的普遍化與重要性顯而易見。無線接入與Internet聯(lián)合運(yùn)作的所謂無線Internet/移動IP，以及更進(jìn)一步以全球移動通信的演進(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，實現(xiàn)以Pico-cell小區(qū)個人接入為中心展開的無線個人域與物體域網(wǎng)絡(luò)(WPAN/WBAN)時代。這將成為未來全球個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年為無線局域網(wǎng)制定了第一個標(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)計為2Mbit/s。兩個設(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)或訪問點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)無線設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的運(yùn)用。