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无线技术详解

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无线技术详解

1、无线通讯标准:
802.11、802.11a/Wi-Fi5、802.11b/Wi-Fi、Bluetooth、802.11g
802.11
802.11是IEEE最初制定的一个无线局域网标准,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2Mbps。由于它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802.11b和802.11a两个新标准,前者已经成为目前的主流标准,而后者也被很多厂商看好。
802.11b
802.11b采用2.4GHz直接序列扩频,最大数据传输速率为11Mb/s,无须直线传播。动态速率转换当射频情况变差时,可将数据传输速率降低为5.5Mb/s、2Mb/s和1Mb/s。使用范围 支持的范围是在室外为300米,在办公环境中最长为100米。802.11b使用与以太网类似的连接协议和数据包确认,来提供可靠的数据传送和网络带宽的有效使用。
802.11a
802.11a标准是已在办公室、家庭、宾馆、机场等众多场合得到广泛应用的802.11b无线联网标准的后续标准。它工作在5GHzU-NII频带,物理层速率可达54Mb/s,传输层可达25Mbps。可提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps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。 现在一些厂商对于该标准的计划已提到议事日程。例如,Intel公司计划推出可望比现行无线技术快5倍的、实现台式机与便携机无线连接的新型联网产品。这种新产品正是基于802.11a无线标准的,该产品可支持54Mbps的数据传输速率,因而可以提供更多的网络带宽,使更多的移动设备进入互联网,实现更高速的数据访问及大批量的文件传输。
但有有分析家认为,802.11a技术的普及仍需一段时间,在此之前,802.11b仍将是无线联网产品的主流。与此同时,尽管这两种标准并不兼容,但硬件厂商将会设法提供能够同时支持这两种标准的产品。预计2004年,基于802.11a标准的产品销售将会取代802.11b而成为市场主流。
802.11a/Wi-Fi5、802.11b/Wi-Fi
推动无线局域网标准化的组织WECA(The Wireless Ethernet Compatibility Alliance)2001年11月宣布,将遵循“IEEE802.11a”产品的认定标记改为“Wi-Fi5”( IEEE802.11a为利用5GHz频带的无线LAN方式);WECA组织此前将利用2.4GHz频带的无线LAN方式的“IEEE802.11b”定名为“Wi-Fi”。(详见:http://www.wi-fi.org/pressreleases/2...wname5G.asp)
Bluetooth
Bluetooth(蓝牙)是一种短距的无线通讯技术,电子装置彼此可以透过蓝牙而连接起来,传统的电线在这里就毫无用武之地了。透过芯片上的无线接收器,配有蓝牙技术的电子产品能够在十公尺的距离内彼此相通,传输速度可以达到10M/s。以往红外线接口的传输技术需要电子装置在视线之内的距离,而现在有了蓝牙技术,这样的麻烦也可以免除了。不过Bluetooth产品致命的缺陷是任何蓝牙产品都离不开Bluetooth芯片;Bluetooth模块较难生产;Bluetooth难于全面测试这三点是制约蓝牙产品发展的瓶颈。而802.11b协议的崛起又强走了Bluetooth的大量客户,所以目前,人们比较趋于一致的看法是:802.11b和Bluetooth虽属同类技术,但似乎802.11b的支持者更多。
最新混合标准802.11g
随着无线IEEE 802.11标准开始深入人心,各IC制造商开始寻求为以太网平台提供更为快速的协议和配置。而蓝牙产品和无线局域网(802.11b)产品的逐步应用,解决两种技术之间的干扰问题显得日益重要。为此,IEEE成立了无线LAN任务工作组,专门从事无线局域网802.11g标准的制定,力图解决这一问题。802.11g其实是一种混合标准,它既能适应传统的802.11b标准,在2.4GHz频率下提供每秒11Mbit/s数据传输率,也符合802.11a标准在5GHz频率下提供56Mbit/s数据传输率。支持者声称,802.11g标准一旦获得认可,它将有助于进一步推动802.11无线局域网飞速发展的势头。2000年,无线局域网基础设施销售总额超过10亿美元,分析师们预期在2003年之前还会增加3倍。
2、调制方式:
11Mbps DSSS物理层采用补码键控(CCK)调制模式。CCK与现有的IEEE802.11 DSSS具有相同的信道方案,在2.4GHz ISM频段上有三个互不干扰的独立信道,每个信道约占25MHz。因此,CCK具有多信道工作特性。
3、PCI插槽无线网卡(NIC):
可以不需要电缆而使你的微机和别的电脑在网络上通信。无线NIC与其他的网卡相似,不同的是,它通过无线电波而不是物理电缆收发数据。无线NIC为了扩大它们的有效范围需要加上外部天线。
4、PCMCIA NIC:
同上面提到的无线NIC一样,只是它们适合笔记本型电脑的PC卡插槽。同桌面计算机相似,你可以使用外部天线来加强PCMCIA无线网卡。
5、AP接入点(ACCESS POINT,又称无线局域网收发器):
用于无线网络的无线HUB,是无线网络的核心。它是移动计算机用户进入有线以太网骨干的接入点,AP可以简便地安装在天花板或墙壁上,它在开放空间最大覆盖范围可达300米,采用802.11b+的D-Link无线设备传输速率可以高达22Mbps。
6、天线:
无线局域网天线可以扩展无线网络的覆盖范围,把不同的办公大楼连接起来。这样,用户可以随身携带笔记本电脑在大楼之间或在房间之间移动
7、动态速率转换:
当射频情况变差时,可将数据传输速率从22Mbps降低为11Mbps,5.5Mbps、2Mbps和1Mbps。
8、漫游支持:
当用户在楼房或公司部门之间移动时,允许在访问点之间进行无缝连接。IEEE802.11无线网络标准允许无线网络用户可以在不同的无线网桥网段中使用相同的信道或在不同的信道之间互相漫游。
9、负载均衡:
当AP变得负载过大或信号减弱时,NIC能更改与之连接的访问点AP,自动转换到最佳可用的AP,以提高性能。
10、扩谱技术:
是一种在二十世纪四十年代发展起来的调制技术,它在无线电频率的宽频带上发送传输信号。包括跳频扩谱(FHSS)和直接顺序扩谱(DSSS)两种。跳频扩谱被限制在2Mb/s数据传输率,并建议用在特定的应用中。对于其他所有的无线局域网服务,直接顺序扩谱是一个更好的选择。在IEEE 802.11b+标准中,允许采用DSSS的以太网速率达到22Mb/s。
11、两种常用扩频方式的比较--直序扩频与跳频:
直接序列扩频和跳频技术是在扩频通信中应用最广的两种技术,在实际应用中,采用何种扩频方式,是系统设计者要考虑的问题。扩频技术的最大优点在于较强的抗干扰能力,以及保密、多址、组网、抗多径等,但由于各种扩频方式的抗干扰等机理不同,因而各有其长处与不足,很难笼统断言某一种扩频方式比其它的扩频方式更优。对扩频方式的比较只能是在一定条件下对各种扩频方式综合考虑,从而得出某种结论,以便人们在扩频方式的选择上作一参考。
直扩和跳频技术的抗干扰机理不同,直扩系统靠伪随机码的相关处理,降低进入解调器的干扰功率来达到抗干扰的目的;而跳频系统是靠载频的随机跳变,躲避干扰,将干扰排斥在接收通道以外来达到抗干扰的目的。因此,这两者都具有很强的抗干扰的能力,也各有自己的特点,也存在自身的不足,现将直扩和跳频技术的性能作一比较。
抗强的定频干扰
由直扩抗干扰的机理可知,直扩抗干扰是通过相关解扩取得处理增益来达到抗干扰目的的,但超过了干扰容限的定频干扰将会导致直扩系统的通信中断或性能急剧恶化。而跳频系统是采用躲避的方法抗干扰,强的定频干扰只能干扰跳频系统的一个或几个频率,若跳频系统的频道数很大,则对系统性能的影响是不严重的。因此,在抗强的定频干扰上,跳频系统比直扩系统优越。
抗衰落
抗衰落,特别是频率选择性衰落,这是室内通信环境下必须解决的问题。由于直扩系统的射频带宽很宽,小部分频谱衰落不会使信号频谱产生严重的畸变,而对跳频系统而言,频率选择性衰落将导致若干个频率受到影响,导致系统性能的恶化。跳频系统要抗这种选择性衰落,可采用快速跳频的方法,使每一个频率的驻留时间非常短,平均衰落就非常低。此外,还可以采用一比特信息用M个频率编码传输,也可较好地解决频率选择性衰落问题,这些都是以提高跳频速率为代价。
抗多径干扰
多径问题是在移动通信、室内通信等系统中必须考虑的问题。多径干扰是由于电波传播过程中遇到的各种反射体(如高山、建筑物、墙壁、天花板等)引起的反射或散射。在接收端的直接传播路径和反射信号产生的群反射之间的随机干涉形成的。多径干扰信号的频率选择性衰落和路径差引起的传播时延τ,会使信号产生严重的失真和波形展宽,导致码间串扰,不但能引起噪声增加和误码率上升,使通信质量降低,甚至使某些通信系统无法工作。由于直扩系统采用伪随机码的相关解扩,只要多径时延大于一个伪随机码的切普宽度,这种多径就不能对直扩系统形成干扰,直扩系统甚至可以利用这些干扰能量来提高系统的性能。而跳频系统则不然,跳频系统要抗多径干扰,则要求每一跳的驻留时间很短,即要求快跳频,在多径信号没有到来之前接收机已开始接收下一跳信号。例如,多径时延为1μs,则跳,而对直扩系统而言,伪随机码速率大于1Mchip/s即可。从实现上看,实现伪随机码速率大于1Mchip/s的直扩系统比跳频速率1Mhop/s的跳频系统要容易得多。
远-近"效应
"远-近"效应指的是:有两对收发信机,正常工作时,接收机1接收发射机1发射的信号,接收机2接收发射机2的信号。现接收机1移动到A点,受到附近发射机2的干扰,而接收机1距发射机1很远,这样接收机1收到的干扰信号电平远远大于有用信号的电平,这就是"远-近"效应。"远-近"效应对直扩系统的影响很大,而对跳频系统的影响就小得多。这是因为虽然直扩系统有一定的处理增益,但是由于有用信号的路径衰减很大,因而构成的威胁就小得多。
组网能力
扩频技术本身就具有一种多址能力-SSMA,属于CDMA,直扩系统和跳频系统都具有很强的组网能力。在移动通信中,CDMA系统的频谱利用率是模拟蜂窝传输系统的频谱利用率的二十多倍,是第一代TDMA系统的六倍。直扩系统用不同的伪随机码可组成不同的网,跳频系统用不同的跳频图案组成不同的网。从频谱利用率上来看,直扩系统和跳频系统的频谱利用率比单频单信道系统还要高。就直扩和跳频系统而言,跳频系统的组网能力和频谱利用率略高于直扩系统。
与窄带系统的兼容性
直扩系统是一个宽带系统,虽然可与窄带系统电磁兼容,但不能与其建立通信。另外,对模拟信源(如话音)需作预先处理(如语声编码后),才可接入直扩系统。而对跳频系统而言,由于它是瞬时窄带系统,它易于与目前的窄带通信系统兼容。目前的通信系统不论是模拟调制还是数字调制的,通常都是窄带的通信系统。因此兼容的好处在于,先进的跳频电台可以与常规的电台互通,或者,将常规电台加装抗干扰的跳频模块就可以变成跳频电台。而且,跳频系统对模拟信源和数字信源均适用。 目前802.11b采用的就是直接序列扩频方式。
12、自动速率选择功能:
IEEE802.11无线网络标准允许移动用户设置在自动速率选择(ARS)模式下,ARS功能会根据信号的质量及与网桥接入点的距离自动为每个传输路径选择最佳的传输速率,该功能还可以根据用户的不同应用环境设置成不同的固定应用速率。

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