802.11n：解決帶寬、漫游、移動問題

2019-11-05 02:34:34

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　　OFDM技術
　　OFDM技術是MCM（Multi-Carrier Modulation，多載波調制）的一種。其核心是將信道分成許多正交子信道，在每個子信道上進行窄帶調制和傳輸，這樣減少了子信道之間的相互干擾。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關帶寬，因此每個子信道上的頻率選擇性衰落是平坦的，大大消除了符號間干擾，如圖1所示。另外，由于在OFDM系統中各個子信道的載波相互正交，于是它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減小了子載波間的相互干擾，同時又提高了頻譜利用率。
　　　 802.11n：解決帶寬、漫游、移動問題（圖一）

　　還有，OFDM技術通過使用不同數量的子信道來實現上行和下行鏈路中不同的傳輸速率，很好地解決了無線數據業務的非對稱性傳輸問題。同時，OFDM系統還在某種程度上抑制了由于窄帶干擾帶來的影響。
　　
　　盡管同單載波系統相比，OFDM還存在一些缺點，例如易受頻率偏差的影響，存在較高的峰值平均功率比（PAR），但通過結合時空編碼、分集、干擾（包括符號間干擾ISI和鄰道干擾ICI）抑制以及智能天線技術，可以最大程度地提高物理層的可靠性。如再結合自適應調制、自適應編碼以及動態子載波分配、動態比特分配算法等技術，可以使其性能進一步優化。
　　
　　MIMO技術
　　多入多出（MIMO）技術是無線通信領域智能天線技術的重大突破。MIMO技術能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統的容量和頻譜利用率。
　　
　　在室內，電磁環境較為復雜，多徑效應、頻率選擇性衰落和其他干擾源的存在使得實現無線信道的高速數據傳輸比有線信道困難，多徑效應會引起衰落，因而被視為有害因素。然而研究結果表明，對于MIMO系統來說，多徑效應可以作為一個有利因素加以利用。MIMO系統在發射端和接收端均采用多天線（或陣列天線）和多通道。MIMO的多入多出是針對多徑無線信道來說的，如圖2所示。傳輸信息流S(k)經過空時編碼形成N個信息子流Ci(k)，i=1，……，N。這N個子流由N個天線發射出去，經空間信道后由M個接收天線接收。多天線接收機利用先進的空時編碼處理能夠分開并解碼這些數據子流，從而實現最佳的處理。
　　　 802.11n：解決帶寬、漫游、移動問題（圖二）

　　非凡是，這N個子流同時發送到信道，各發射信號占用同一頻帶，因而并未增加帶寬。若各發射、接收天線間的通道響應獨立，則MIMO系統可以創造多個并行空間信道。MIMO將多徑無線信道與發射、接收視為一個整體進行優化，從而可實現高的通信容量和頻譜利用率，這是一種近于最優的空域時域聯合的分集和干擾對消處理。
　　
　　MIMO OFDM技術
　　MIMO OFDM技術是通過在OFDM傳輸系統中采用陣列天線實現空間分集，提高了信號質量，是聯合OFDM和MIMO而得到的一種新技術。它利用了時間、頻率和空間三種分集技術，使無線系統對噪聲、干擾、多徑的容限大大增加，系統原理如圖3所示。MIMO OFDM主要包括以下要害設計: 發送分集、空間復用、接收分集、干擾消除、軟譯碼、信道估計、同步、自適應調制和編碼等技術，其中的技術細節在此不再冗述。
　　　 802.11n：解決帶寬、漫游、移動問題（圖三）

　　MAC層優化技術
　　從網絡邏輯結構上來看，802.11只定義了物理層及介質訪問控制（MAC）子層。MAC層提供對共享無線介質的競爭使用和無競爭使用，具有無線介質訪問、網絡連接、數據驗證和保密等功能。802.11n標準小組為了提升整個網絡的吞吐量，對MAC層協議也進行了優化，改變數據幀結構，增加了凈負載所占的比重，減少治理檢錯所占的字節數，大大提升了網絡的吞吐量。
　　
　　智能天線技術
　　智能天線是一個由多組獨立天線組成的天線陣列系統，該陣列的輸出與收發信機的多個輸入相結合，可提供一個綜合的時空信號。與單個天線不同的是，天線陣列系統能夠動態地調整波束的方向，以使每個用戶都獲得最大的主瓣，并減小了旁瓣干擾。這樣不僅改善了SINR（Signal-to-Interference and Noise Ratio，信號干擾和噪聲比），還提高了系統的容量，擴大了小區的最大覆蓋范圍，減小了移動臺的發射功率。智能天線的基本結構如圖4所示。
　　 802.11n：解決帶寬、漫游、移動問題（圖四）

　　智能天線技術保障了能夠以不低于108Mbps的傳輸速率進行通信，同時可以作為蜂窩移動通信的寬帶接入部分，與無線廣域網更緊密地結合。一方面，802.11n可以為用戶提供高數據率的通信服務（比如視頻點播VOD、在線觀看HDTV）；另一方面，無線廣域網為用戶提供了更好的移動性。
　　
　　軟件無線電技術解決移動難題
　　目前無線局域網多種標準并存，不同標準采用不同的工作頻段、不同的調制方式，造成系統間難以互通，移動性差，而軟件無線電是一種最有希望解決這些問題的技術。
　　
　　軟件無線電是指研制出一個完全可編程的硬件平臺，所有的應用都通過在該平臺上的軟件編程實現。換言之，不同系統的基站和移動終端都可以由建立在相同硬件基礎上的不同軟件實現。該技術將能保證各種移動臺、各種移動通信設備之間的無縫集成，并大大降低了建設成本。
　　
　　基于軟件無線電的移動通信具有以下特點：
　　
　　（1）在同一硬件平臺上兼容不同的系統；
　　
　　（2）具有自動漫游能力，能在不同系統之間進行智能切換；
　　
　　（3）可以下載公用軟件并進行自身的升級；
　　
　　（4）支持語音、數據、圖像和傳真等多種業務，并能根據業務流量，信道質量等情況，自動選擇合適的傳輸信道；
　　
　　（5）自動選擇通信模式，采用合適的通信協議和信號格式實現遠端通信。
　　
　　軟件無線電在802.11n中的應用，將根本改變其網絡結構，實現無線局域網與無線廣域網融合并能容納各種標準、協議，提供更為開放的接口，最終大大增加網絡的靈活性。
　　
　　作為一個新標準，與以前的802.11協議相比，IEEE802.11n無線局域網有兩方面的優勢。一是短期的優勢，有較高的傳輸速率，數據傳輸速率達100Mbps以上，使無線局域網平滑地和有線網絡結合，全面提升了網絡吞吐量；二是長期的優勢，今后無線局域網的產品可以使用雙頻方式，即在2.4GHz和5.8GHz兩個頻段，基于MIMO+OFDM調制技術，提高數據傳輸速率。同時，802.11n的傳輸距離更遠，輕易與無線廣域網融合。

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