一种全方位宽带无线技术的设计与实现

　　无线局域网络（Wireless Local Area Networks； WLAN）是相当便利的数据传输系统，它利用射频（Radio Frequency； RF）的技术，取代旧式碍手碍脚的双绞铜线（Coaxial）所构成的局域网络，使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它，达到「信息随身化、便利走天下」的理想境界。对于局域网络管理主要工作之一，对于铺设电缆或是检查电缆是否断线这种耗时的工作，很容易令人烦躁，也不容易在短时间内找出断线所在。再者，由于配合企业及应用环境不断的更新与发展，原有的企业网络必须配合重新布局，需要重新安装网络线路，虽然电缆本身并不贵，可是请技术人员来配线的成本很高，尤其是老旧的大楼，配线工程费用就更高了。因此，架设无线局域网络就成为解决方案。

　　无线局域网拓扑结构概述：基于IEEE802.11标准的无线局域网允许在局域网络环境中使用未授权的2.4或5.3GHz射频波段进行无线连接。它们应用广泛，从家庭到企业再到Internet接入热点。

　　WLAN具有易安装、易扩展、易维护、可移动性、速率高、使用开放频段等诸多特点，无论企业、个人，还是运营商都已经认同了WLAN在无线数据传输方面的优势。WLAN可与目前广泛应用的以太网无缝地结合，使用户可以访问互联网、进行在线交易、远程办公等各种应用。随着应用领域的不断扩展，各种业务应用对WLAN提出了更高的要求，比如速率、安全、QoS、漫游等方面。

　　1.速率

　　带宽（band width）又叫频宽，是指在固定的的时间可传输的资料数量，亦即在传输管道中可以传递数据的能力。在数字设备中，频宽通常以bps表示，即每秒可传输之位数。在模拟设备中，频宽通常以每秒传送周期或赫兹来表示。目前广泛使用的WLAN设备是基于802.11b标准的，无线速率可达到11Mbps。实际上，由于WLAN标准的无线帧头开销、接入控制等，用户真正获得的速率只能达到速率的一半左右。802.11a和802.11g 设备的无线接口速度在54Mbps，实际吞吐量也只有30Mbps左右。

　　2.安全

　　WLAN通过无线信号传输来实现数据通信，与有线网络的区别就是任何无线网卡、接入点都可以收到无线信号，因此对WLAN网络的安全性一直是WLAN讨论的热点。除了广泛应用的SSID、ACL和WEP外，为了提高WLAN网络的安全，近IEEE通过的802.11i标准将对WLAN网络的安全性产生深远的影响。

　　IEEE802.11i标准结合802.1x中的用户端口身份验证和设备验证，对WLAN的MAC层进行修改和规范，定义了严格的加密格式和鉴权机制，以改善WLAN的安全性。IEEE802.11i标准主要包括两项内容：Wi-Fi保护访问WPA技术和强健安全网络RSN技术。

　　3.QoS

　　WiMax可以向用 户提供具有QoS性能的数据、视频、话音（VoIP） 业务。WiMax可以提供三种等级的服务：CBR（Con-stant Bit Rate，固定带宽）、CIR（Com-mitted Rate，承诺带宽、BE（Best Effort，尽力而为）。CBR的优先级，任何情况下网络操作者与服务提供商以高优先级、高速率及低延时为用户提供服务，保证用户订购的带宽。 CIR的优先级次之，网络操作者以约定的速率来提供，但速率超过规定的峰值时，优先级会降低，还可以根据设备带宽资源情况向用户提供更多的传输带宽。BE 则具有更低的优先级，这种服务类似于传统IP网络的尽力而为的服务，网络不提供优先级与速率的保证。在系统满足其他用户较高优先级业务的条件下，尽力为用户提供传输带宽。

　　4.漫游

　　针对无线局域网用户在接入点之间的漫游问题，IEEE工作组制定了802.11f协议，详细阐述了接入点内部协议IAPP（Inter-AccessPoint Protocol），IAPP协议旨在向用户提供AP间的移动功能，以满足用户对移动性的需求。

　　5.语音应用

　　VoIP目前已经得到了大众的普遍接受，同时人们可通过WLAN可方便地接入网络，这两种优势技术结合起来就出现了VoWLAN应用。目前已经有Wi-Fi手机面世，但限于WLAN的覆盖范围，主要还是在企业内部使用，未来有可能在数字家庭领域有所应用。

　　WLAN技术的发展是与应用需求息息相关的，用户对移动的广泛性和速率的高带宽的要求都在不断地提高，标准组织和设备厂商、运营商正在积极开发相关的标准和产品、服务，满足用户的需求。一方面，应用新的标准和技术解决目前存在的技术难题和设备缺陷；另一方面，通过与其他技术的融合实现技术优势互补，达到各种技术共同发展。由于无线局域网需要支持高速、突发的数据业务，在室内使用还需要解决多径衰落以及各子网间串扰等问题。具体来说，无线局域网必须实现以下技术要求：可靠性：无线局域网的系统分组丢失率应该低于10-5，误码率应该低于10-8。

　　WiMAX：无线城域网的新锐

　　1.标准情况

　　当前所称的WiMAX标准通常是指2004年6月IEEE通过的IEEE802.16d标准，是涵盖IEEE802.16和IEEE802.16a 的完全版本，包括所有LOS和NLOS频段（2-66GHz）以及2-11GHz的系统实现框架（Profiles）。WiMax（Worldwide Interoperability for Microwave Access），即微波互联接入。WiMAX也叫802·16无线城域网或802.16。WiMAX是一项新兴的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接，数据传输距离远可达50km。WiMAX还具有QoS保障、传输速率高、业务丰富多样等优点。WiMAX的技术起点较高，采用了代表未来通信技术发展方向的OFDM/OFDMA、AAS、MIMO等先进技术，随着技术标准的发展，WiMAX逐步实现宽带业务的移动化，而3G则实现移动业务的宽带化，两种网络的融合程度会越来越高。

　　2.WiMAX的优势

　　WiMAX的优势主要表现在这一技术集成了Wi-Fi无线接入技术的移动性与灵活性、以及DSL与CableModem等基于线缆的传统宽带接入技术的高带宽特性和相对理想的QoS服务质量。这其中突出的表现是其较 理想 的非视距传输特性、灵活的部署与配置伸缩性、的QoS服务质量和强大的安全性。

　　WiMAX基于动态适应性信号调制模式，因而使这一技术不仅具备远距离信号传输能力和穿越树木和建筑物等障碍物的非视距传输能力，而且具有较强的信号反射容错能力。同时，这种调制模式还能够使服务商基站根据信号强弱调整带宽，以确保与用户的正常连接

　　WiMAX还提供了包括灵活的信道规划在内的部署与配置伸缩性，使运营商能够根据所拥有的许可，或无需许可 频段资源灵活规划信道带宽，并根据用户群体状况不断升级扩展网络。如对拥有20MHz频谱的运营商而言，既可以将其划分为2个10MHz信道、也可以将其划分为4个5MHz信道。

　　TCP/IP协议的特点之一是对信道的传输质量有较高的要求。无线宽带接入技术面对日益增长的IP数据业务，必须适应TCP/IP协议对信道传输质量的要求。在WiMax技术  漫游模式端到端参考模型的应用条件下，无线信道的衰落现象非常显着，在质量不稳定的无线信道上运用TCP/IP协议，其效率可能十分低下。 WiMax技术在链路层加入了ARQ机制，减少到达网络层的信息差错，可大大提高系统的业务吞吐量。同时WiMax采用天线阵、天线极化方式等天线分集技 术来应对无线信道的衰落。这些措施都提高了WiMax的无线数据传输的性能。

　　另外，为了保护用户信息安全、尤其是为满足企业用户对商业应用数据安全的需求，WiMAX技术还提供了隐私与加密保护，可通过身份与数据加密等途径，保障数据传输安全。

　　3.应用

　　作为一种面向一公里接入领域的无线LAN技术，WiMAX可以广泛应用于多个宽带相关领域。尤其是在城郊和农村等DSL与CableModem服务有效覆盖范围以外、或不便于部署传统宽带接入技术的区域。

　　WiMAX论坛下的CPWG（ContributiontoServiceProvider Working Group）工作组在2004年12月的WiMAX网络规范要求中对WiMAX网络所支持的应用做了规定，分为三种应用，分别是：普通IP应用，IP应用和非IP应用。

　　（1）普通IP应用

　　应该支持非实时IP应用，比如FTP，e-mail，Web浏览，远程访问VPN等。普通服务的特点是尽力而为服务，即对这些服务没有确定的QoS保证。

　　（2）IP应用

　　支持所有准实时应用，比如音频/视频（A/V）流，VoIP，多媒体IP会议，IMS（IP多媒体子系统）应用，MBS（组播和广播服务），PTT（Push-to-Talk），定位和在场触发IP应用，可管理的VPN服务，以及游戏。

　　（3）非IP服务

　　兼容支持目前已有的SMS（ShortMessageService）和MMS（MultimediaMessage Service）服务。

　　4.发展动态

　　WiMAX论坛是一个非盈利性的组织。成员包括：宽带无线接入设备生产商、部件供应商（芯片、射频、天线、软件和测试服务等）以及服务提供商（运营商、无线ISP）。截止到2005年2月，其成员已经超过了200个。WiMAX组织的目标是通过确保宽带无线接入设备之间的兼容和互操作性，促进基于IEEE802.16标准的宽带无线接入网络的大规模部署。

　　WiMAX论坛设置了TWG（TechnicalWorkingGroup）和CWG（CertificationWorking Group）工作组。

　　TWG的任务主要是：根据GlobalStandard制定一致性和互操作性规范、为未来的服务和互操作性开发应用层和网络架构规范。

　　CWG的任务主要是：管理一致性、互操作行和的进程、负责实验室协调和测试进程的质量。