無線通信作為新興的通信技術在日常生活中的作用越來越大。近年來,無線局域網(wǎng)技術發(fā)展速,但無線局域網(wǎng)的性能與傳統(tǒng)以太網(wǎng)相比還有一定距離，因此如何提高和優(yōu)化網(wǎng)絡性能顯得十分重要。Internet業(yè)務的高速增長，實時業(yè)務和多媒體應用不斷的增加，對網(wǎng)絡的帶寬、服務質(zhì)量（QoS）可擴展性提出了更高的要求。但是，利用無線信道進行通信容易受到干擾，衰落等因素的影響，這對多媒體應用來說十分不利的。

　　目前，IEEE802.11已成為無線局域網(wǎng)的主流標準。1997年802.11標準的制定是無線局域網(wǎng)發(fā)展的里程碑，它是由大量的局域網(wǎng)以及計算機專家審定通過的標準。其定義了單一的MAC層和多樣的物理層，先后又推出了802.11b,a和g物理層標準。最近，剛剛正式批準的802.11g" title="802.11g">802.11g標準采用OFDM" title="OFDM">OFDM技術，和802.11a一樣數(shù)據(jù)傳輸速率可達54Mbps。另外，它工作在2.4G" title="4G">4GHz頻段上，與802.11b標準兼容，提高了網(wǎng)絡的適用性，降低了無線局域網(wǎng)升級成本。技術不斷更新，新的技術標準不斷的推出，極大的推動了無線局域網(wǎng)的發(fā)展。

　　IEEE802.11n" title="802.11n">802.11n概述

　　IEEE已經(jīng)成立802.11n工作小組，以制定一項新的高速無線局域網(wǎng)標準802.11n。802.11n工作小組是由高吞吐量研究小組發(fā)展而來的，由802.11g工作小組主席Matthew B. Shoemaker擔任主席一職。該工作小組計劃在2003年9月召開首次會議。

　　802.11n計劃將WLAN的傳輸速率從802.11a和802.11g的54Mbps增加至108Mbps以上，最高速率可達320Mbps，成為802.11b、802.11a、802.11g之后的另一場重頭戲。和以往地802.11標準不同，802.11n協(xié)議為雙頻工作模式（包含2.4GHz和5GHz兩個工作頻段）。這樣11n保障了與以往的802.11a b, g標準兼容。

　　一些4G及3.5G的關鍵技術，如OFDM技術、MIMO技術、智能天線，和軟件無線電等,開始應用到無線局域網(wǎng)中，提升WLAN的性能。如802.11a和802.11g采用OFDM調(diào)制技術，提高了傳輸速率，增加了網(wǎng)絡吞吐量。802.11n計劃采用MIMO與OFDM相結合，使傳輸速率成倍提高。另外，天線技術及傳輸技術，使得無線局域網(wǎng)的傳輸距離大大增加，可以達到幾公里（并且能夠保障100Mbps的傳輸速率）。IEEE802.11n標準全面改進了802.11標準，不僅涉及物理層標準，同時也采用新的高性能無線傳輸技術提升MAC層的性能，優(yōu)化數(shù)據(jù)幀結構，提高網(wǎng)絡的吞吐量性能。

　　3. IEEE802.11n的關鍵技術

　　3.1 802.11n的物理層關鍵技術

　　首先，對于物理層，IEEE802.11n引入了新的高性能的無線通信技術，在物理層采用MIMO和OFDM的無線LAN技術。為了提升數(shù)據(jù)傳輸速率，802.11工作組首先引入了DSSS(直序列擴頻調(diào)制技術)，推出了802.11b標準。11b標準使用DSSS調(diào)制技術，采用CCK調(diào)制編碼，數(shù)據(jù)傳輸速率可達11Mbps。但是傳輸速率超過11Mbps，CCK為了對抗多徑干擾，需要更復雜的均衡及調(diào)制，實現(xiàn)起來非常困難。因此，802.11工作組，為了推動無線局域網(wǎng)的發(fā)展，又引入新的調(diào)制技術。

　　工作組又公布了802.11a標準和剛剛正式通過的802.11g標準。11a工作在5GHz,采用OFDM調(diào)制技術。11g工作頻率為2.4GHz，也采用了OFDM技術。單一802.11g網(wǎng)絡的速率和802.11a相同，達到54Mbps。

　　3.1.1 OFDM技術

　　OFDM技術其實是MCM(Multi-Carrier Modulation, 多載波調(diào)制)的一種。其主要思想是：將信道分成許多正交子信道，在每個子信道上進行窄帶調(diào)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。

　　由于在OFDM系統(tǒng)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。在各個子信道中的這種正交調(diào)制和解調(diào)可以采用IFFT和FFT方法來實現(xiàn)，隨著大規(guī)模集成電路技術與DSP技術的發(fā)展，IFFT和FFT都是非常容易實現(xiàn)的。快速傅里葉變換（FFT）的引入，大大降低了OFDM的實現(xiàn)復雜性，提升了系統(tǒng)的性能。

　　無線數(shù)據(jù)業(yè)務一般都存在非對稱性，即下行鏈路中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量要遠遠大于上行鏈路中的數(shù)據(jù)傳輸量。因此無論從用戶高速數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務的需求，還是從無線通信自身來考慮，都希望物理層支持非對稱高速數(shù)據(jù)傳輸，而OFDM容易通過使用不同數(shù)量的子信道來實現(xiàn)上行和下行鏈路中不同的傳輸速率。

　　由于無線信道存在頻率選擇性，所有的子信道不會同時處于比較深的衰落情況中，因此可以通過動態(tài)比特分配以及動態(tài)子信道分配的方法，充分利用信噪比高的子信道，從而提升系統(tǒng)性能。由于窄帶干擾只能影響一小部分子載波，因此OFDM系統(tǒng)在某種程度上抵抗這種干擾。

　　另外，同單載波系統(tǒng)相比，OFDM還存在一些缺點，易受頻率偏差的影響，存在較高的峰值平均功率比（PAR）。

　　OFDM技術有非常廣闊的發(fā)展前景，已成為第4帶移動通信的核心技術。IEEE802.11a g標準為了支持高速數(shù)據(jù)傳輸都采用了OFDM調(diào)制技術。目前，OFDM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，最大程度的提高物理層的可靠性。如再結合自適應調(diào)制、自適應編碼以及動態(tài)子載波分配、動態(tài)比特分配算法等技術，可以使其性能進一步優(yōu)化。

　　3.1.2多入多出(MIMO)

　　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(tǒng)的容量和頻譜利用率。普遍認為，MIMO將是新一代無線通信系統(tǒng)必須采用的關鍵技術。

　　在室內(nèi)，電磁環(huán)境較為復雜，多經(jīng)效應、頻率選擇性衰落和其他干擾源的存在使的實現(xiàn)無線信道的高速數(shù)據(jù)傳輸比有線信道的困難。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MIM0系統(tǒng)來說，多徑效應可以作為一個有利因素加以利用。通常，多徑要引起衰落，因而被視為有害因素。MIMO系統(tǒng)在發(fā)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。傳輸信息流S(k)經(jīng)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(fā)射出去，經(jīng)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(shù)據(jù)子流，從而實現(xiàn)最佳的處理。

　　特別是，這N個子流同時發(fā)送到信道，各發(fā)射信號占用同一頻帶，因而并未增加帶寬。若各發(fā)射接收天線間的通道響應獨立，則MIMO系統(tǒng)可以創(chuàng)造多個并行空間信道。通過這些并行空間信道獨立地傳輸信息，數(shù)據(jù)率必然可以提高。

　　MIMO將多徑無線信道與發(fā)射、接收視為一個整體進行優(yōu)化，從而可實現(xiàn)高的通信容量和頻譜利用率。這是一種近于最優(yōu)的空域時域聯(lián)合的分集和干擾對消處理。

　　系統(tǒng)容量是表征通信系統(tǒng)的最重要標志之一，表示了通信系統(tǒng)最大傳輸率。對于發(fā)射天線數(shù)為N，接收天線數(shù)為M的多入多出（MIMO）系統(tǒng)，假定信道為獨立的瑞利衰落信道，并設N、M很大，則信道容量C近似為公式[1]

　　C=[min(M,N)]Blog2(ρ/2) (1)

　　其中B為信號帶寬，ρ為接收端平均信噪比，min(M,N)為M，N的較小者。上式表明，功率和帶寬固定時，MIMO的最大容量或容量上限隨最小天線數(shù)的增加而線性增加。而在同樣條件下，在接收端或發(fā)射端采用多天線或天線陣列的普通智能天線系統(tǒng)，其容量僅隨天線數(shù)的對數(shù)增加而增加。因此，MIMO技術對于提高無線通信系統(tǒng)的容量具有極大的潛力。

　　3.1.3MIMO OFDM

　　MIMO OFDM技術是通過在OFDM傳輸系統(tǒng)中采用陣列天線實現(xiàn)空間分集，提高了信號質(zhì)量，是聯(lián)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(tǒng)對噪聲、干擾、多徑的容限大大增加。

　　發(fā)送分集：MIMO OFDM調(diào)制方式相結合，對下行通路選用“時延分集”，它裝備簡單、性能優(yōu)良，又沒有反饋要求。它是讓第二副天線發(fā)出的信號比第一副天線發(fā)出的延遲一時間。發(fā)送端引用這樣的時延，可使接收地通路響應得到頻率選擇性。如采用適當?shù)木幋a和穿插，接收端可以獲得“空間——頻率”分集增益，而不需預知通路情況。

　　空間復用：為提高數(shù)據(jù)傳輸速率，可以采用空間復用技術。也可能從兩副基臺天線發(fā)送兩個各自編碼的數(shù)據(jù)流。這樣，可以把一個傳輸速率相對較高數(shù)據(jù)流多組成分割為一組相對速率較低的數(shù)據(jù)流，分別在不同的天線對不同的數(shù)據(jù)流獨立的編碼、調(diào)制和發(fā)送，同時使用相同的頻率和時隙。每副天線可以通過不同獨立的信道濾波獨立發(fā)送信號。接收機利用空間均衡器分離信號，然后解調(diào)、譯碼和解復用，恢復出原始信號。

　　接收分集和干擾消除：如果基臺和用戶終端一側三副接收天線，可取得接收分集的效果。利用“最大比值合并”MRC（maximal ratio combining），將多個接收機的信號合并，得到最大信噪比SNR，可能有遏止自然干擾的好處。但是，如有兩個數(shù)據(jù)流互相干擾，或者從頻率再利用的鄰近地區(qū)傳來干擾，MRC就不能起遏止作用。這時，利用“最小的均方誤差”MMSE（minimum mean square error），它使每一有用信號與其估計值的均方誤差最小，從而使“信號與干擾及噪聲比SINR（signal to interference plus noise ratio）最大。

　　軟譯碼：上述MRC和MMSE算法生成軟判決信號，供軟解碼器使用。軟解碼和SINR加權組合相結合使用，可能對頻率選擇性信道提供3-4dB性能增益。

　　信道估計的目的在于識別每組發(fā)送天線與接收天線之間的信道沖擊響應。從每副天線發(fā)出的訓練子載波都是相互正交的，從而能夠唯一的識別每副發(fā)送天線到接收天線的信道。訓練子載波在頻率上的間隔要小于干帶寬，因此可以利用內(nèi)插獲得訓練子載波之間的信道估計值。根據(jù)信道的時延擴展，能夠實現(xiàn)信道內(nèi)插的最優(yōu)化。下行鏈路中，在逐幀基礎上向所有用戶廣播發(fā)送專用信道標識時隙。在上行鏈路中，由于移動臺發(fā)出的業(yè)務可以構成時隙，而且信道在時隙與時隙之間會發(fā)生變化，因此需要在每個時隙內(nèi)包括訓練和數(shù)據(jù)子載波。

　　同步：在上行和下行鏈路傳播之前，都存在同步時隙，用于實施相位、頻率對齊，并且實施頻率偏差估計。時隙可以按照以下方式構成：在偶數(shù)序號子載波上發(fā)送數(shù)據(jù)與訓練符號，而在奇數(shù)序號子載波設置為零。這樣經(jīng)過IFFT變換之后，得到的時域信號就會被重復，更加有利于信號的檢測。

　　自適應調(diào)制和編碼：為每個用戶配置鏈路參數(shù)，可以最大限度地提高系統(tǒng)容量。根據(jù)兩個用戶在特定位置和時間內(nèi)地用戶的SINR統(tǒng)計特征，以及用戶Qos的要求，存在多種編碼與調(diào)制方案，用于在用戶數(shù)據(jù)流的基礎上實現(xiàn)最優(yōu)化。QAM級別可以介于4到64，編碼可以包括鑿孔卷積編碼與Reed-solomon編碼。因此存在6中調(diào)制和編碼級別，即編碼模式。在2MHz的信道帶寬內(nèi)，編碼模式1－6分別對于1.1-6.8的數(shù)據(jù)傳輸速率。下行鏈路中，在使用空間復用的情況下，上述速率可以被加倍。鏈路適配層算法能夠在SINR統(tǒng)計特性的基礎上，選擇使用最佳的編碼模式。

　　目前正在開發(fā)的設備由2組IEEE802.11a收發(fā)器、發(fā)送天線和接收天線各2個（2×2）和負責運算處理過程的MIMO系統(tǒng)組成，能夠實現(xiàn)最大108Mbit/秒的傳輸速度。支持AP和客戶端之間的傳輸速度為108Mbit/秒，客戶端不支持該技術時（IEEE802.11a客戶端的情況），通信速度為54Mbit/秒。下一代無線局域網(wǎng)協(xié)議802.11n傳輸速率高達320Mbps，凈傳輸速率為108Mbps。

　　3.2 MAC層優(yōu)化技術

　　從網(wǎng)絡邏輯結構上來看，802.11只定義了物理層及介質(zhì)訪問控制(MAC)子層(如圖1)。MAC層提供對共享無線介質(zhì)的競爭使用和無競爭使用，具有無線介質(zhì)訪問、網(wǎng)絡連接、數(shù)據(jù)驗證、和保密等功能。物理層為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接，實現(xiàn)比特流的透明傳輸，所傳數(shù)據(jù)單位為比特（bit）。物理層定義了通信設備與接口硬件的機械、電氣功能和過程的特性，用以建立、維持和釋放物理連接。

　　802.11的幀結構分為前導信號（Preamble）、信頭(header)和負載(payload)

　　Preamble：主要用于確定移動臺和接入點之間何時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，傳輸進行時告知其他移動臺以免沖突，同時傳送同步信號及幀間隔。前導信號完成，接收方才開始接收數(shù)據(jù)。

　　Header：在Preamble之后,用來傳輸一些重要的數(shù)據(jù)比如負載長度，傳輸速率，服務等信息。

　　Payload：由于數(shù)據(jù)率及要傳送字節(jié)的數(shù)量不同，負載的包長變化很大，可以十分短也可以十分長。

　　在一幀信號的傳輸過程中，Preamble 和Header所占的傳輸時間越多，Payload用的傳輸時間就越少，傳輸?shù)男试降汀?02.11n為了提升整個網(wǎng)絡的吞吐量，對MAC層協(xié)議也進行了優(yōu)化，改變數(shù)據(jù)幀結構，增加了凈負載所占的比重，減少管理檢錯所占的字節(jié)數(shù)，大大提升了網(wǎng)絡的吞吐量。IEEE802.11n研究小組是由高吞吐量研究小組發(fā)展來的。該小組希望通過增加傳輸?shù)膬糌撦d，減少管理及檢錯的字節(jié)，來提高整體傳輸效率。這樣增加了符號傳輸速率，使的網(wǎng)絡的吞吐量達到了802.11g的兩倍達108Mbps。

　　3.3智能天線技術與802.11n

　　智能天線是一個由多組獨立天線組成的天線陣列系統(tǒng)，該陣列的輸出與收發(fā)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(tǒng)能夠動態(tài)地調(diào)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, 信號干擾比)，還提高了系統(tǒng)的容量，擴大了小區(qū)的最大覆蓋范圍，減小了移動臺的發(fā)射功率。

　　與有線信道相比，無線介質(zhì)可靠性低，帶寬小，且具有廣播特性。但是，無線介質(zhì)具有無束縛的特點，因此，廣泛的應用于移動通信中。無線信道為共享信道，頻率資源非常有限。無線通信的工作頻率有1GHz（蜂窩移動電話）,2GHz（PCS和WLAN）,5GHz(WLAN),28—60GHz(本地多點分布業(yè)務LDMS和點到點的微波通信)以及用于光通信的IR頻率等。WLAN工作于免許可證頻段：2.4GHz及5GHz。隨著工作頻率及數(shù)據(jù)率越高，硬件實現(xiàn)成本也越高，同時無線的傳播范圍也會降低。因此，無線局域網(wǎng)IEEE802.11標準的傳送距離較短，傳輸距離只有幾百米。而且，傳輸速率會隨著距離的增加而降低。當移動端遠離AP節(jié)點時或通信質(zhì)量差時，無線網(wǎng)絡會采用降低通信速率的方式保持連接。比如，802.11b標準的網(wǎng)絡采用自動速率轉換技術，速率可以降到6Mbps及2Mbps。11a和11g標準也支持6、9、12、18、24、36、48和54Mbps的傳輸速率。在實際的組網(wǎng)中，和無線廣域網(wǎng)相比，WLAN小區(qū)的覆蓋范圍都較小（一般只有十幾米到幾十米，熱點地區(qū)為了增加容量，小區(qū)半徑更小）。
　　作為下一代的無限局域網(wǎng)標準，IEEE802.11n采用智能天線技術，其傳播范圍更廣，且能夠以不低于108Mbps的傳輸速率保持通信。它可以作為蜂窩移動通信的寬帶接入部分，與無線廣域網(wǎng)更緊密的結合。一方面，802.11n可以為用戶提供高數(shù)據(jù)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(wǎng)為用戶提供了更好的移動性

　　3.4 軟件無線電與802.11n

　　目前無線局域網(wǎng)的多種標準并存，不同標準采用不同的工作頻段、不同的調(diào)制方式，造成系統(tǒng)間難以互通。WLAN的移動性差，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(xiàn)。換言之，不同系統(tǒng)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(xiàn)。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。

　　可以預見，基于軟件無線電的移動通信將會具有以下特點：

　　（1）在同一硬件平臺上兼容不同的系統(tǒng)；

　　（2） 具有自動漫游能力，能在不同系統(tǒng)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(shù)據(jù)、圖像和傳真等多種業(yè)務，并能根據(jù)業(yè)務流量，信道質(zhì)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(xié)議和信號格式實現(xiàn)遠端通信。

　　軟件無線電在802.11n中的應用，將根本改變其的網(wǎng)絡結構，實現(xiàn)WLAN網(wǎng)與無線廣域網(wǎng)融合并能容納各種標準、協(xié)議。提供更為開放的接口，最終大大增加網(wǎng)絡的靈活性。

　　4. 結束語

　　作為一個新標準，與以前的802.11協(xié)議相比，IEEE802.11n無線局域網(wǎng)有很多優(yōu)勢。一是短期的優(yōu)勢，有較高的傳輸速率，數(shù)據(jù)傳輸速率達100Mbps以上，使無線局域網(wǎng)平滑的和有線網(wǎng)絡結合，全面提升了網(wǎng)絡吞吐量；二是長期的優(yōu)勢，今后無線局域網(wǎng)的產(chǎn)品可以使用雙頻方式，即在2.4GHz和5GHz兩個頻段上都使用MIMO+OFDM調(diào)制技術，提高數(shù)據(jù)傳輸速率。同時，802.11n的傳輸距離更遠，易與無線廣域網(wǎng)融合。綜上所述，IEEE802.11n協(xié)議標準是具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ臒o線局域網(wǎng)標準，必將使無線局域網(wǎng)蓬勃發(fā)展。IEEE802.11n還在不斷的發(fā)展，預計2005年推出市場，成為正式的標準。

　　無線局域網(wǎng)產(chǎn)品逐漸走向成熟，價格也逐漸下降，相應軟件也日趨成熟。此外，無線局域網(wǎng)已能夠通過與廣域網(wǎng)相結合的形式提供移動Internet的多媒體業(yè)務。無疑，802.11n標準將以它的高傳輸速率和組網(wǎng)靈活性發(fā)揮重要作用。