宽带无线通信技术基础7

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1、第七章无线局域网 （ WLAN） 技术 宽带无线通信技术基础 2第七章 无线局域网技术 宽带无线通信技术基础 WPANWLANWMANWWANIEEE 802.1510m.IEEE 802.11100m.宽带无线标准宽带无线标准IEEE 802.16 10+ km.3G/4GWireless Personal Area Network无线个域网Wireless Metropolitan Area Network 无线城域网Wireless Local Area Network无线局域网Wireless Wide Area Network无线广域网3第七章 无线局域网技术 宽带无线通信技术基础

2、Wireless Communication Standards无线 通信 标 准802.20固定(静 止 )步行(便 携 )移 动(车载 )2G/2.5GCellular0.1 1.0 10 100每用 户 峰值 数 据速率 (兆比特 /秒 )Mobility（移动能力）802.16e商用推荐802.16a(WiMAX)79 x 1 MHz蓝 牙 100UWB20802.165HSDPA1.251xEV-DO, 1xEVDV,802.201.252G/2.5G宽带(MHz)WWAN(IMT-2000)cdma20001xEV-DO,cdma20001xEV-DV3.1WCDMA HSDPA8

3、02.15.1(蓝 牙 )802.11(WLAN)802.15.3a(UWB)4第七章 无线局域网技术 宽带无线通信技术基础 ISM 免授权频段ELF VLF LF MF HF VHF UHF SHF红外 可见光 紫外线X射线声音AM 广播短波广播FM 广播电视红外线 WLAN蜂窝通信PCS (1.9GHz)902-928 MHz26 MHz5 GHz2.4 2.4835 GHz83.5 MHz10221016101410125第七章 无线局域网技术 宽带无线通信技术基础 什么是无线局域网 ？ 无线局域网 (WLAN) 包含传统局域网 （ 如以太网 ， 令牌网 ） 的特点和优点 ， 但是没有线

4、缆的限制 ）6第七章 无线局域网技术 宽带无线通信技术基础 无线局域网 ， 和有线局域网类似 ， 需要通过一个物理媒质来传输信号 。 WLAN不采用 非屏蔽双绞线 ， 而是用 : 红外线 (IR) 802.11 包含一个红外线规范 缺点 ： 容易被阻挡 , 没有真正的 802.11红外线产品 (IrDA) 无线电频率 (RFs) 能穿透大部分办公室障碍物什么是无线局域网 ？7第七章 无线局域网技术 宽带无线通信技术基础 IEEE 802.11和 Wi-Fi联盟 IEEE LAN/MAN 标准委员会 (LMSC) 最早于 1997年公布 802.11标准 , 然后成立了 无线以太网兼容联盟 (W

5、ireless Ethernet Compatibility Alliance ， WECA)， 并公布了 Wi-Fi (无线保真 )计划 ， 任何 802.11 厂商可以测试其产品的互通性 。8第七章 无线局域网技术 宽带无线通信技术基础 Wi-Fi Wi-Fi 联盟 WECA 更名为 Wi-Fi； Wireless Fidelity Alliance， 无线保真联盟 170+成员 （ 2002年 ） ； 超过 350 产品认证 （ 2002年 ）； Wi-Fi 使命 ： 认证 WLAN(802.11)产品的互通性 Wi-Fi 是 “通过认证的标签 ” 促使 Wi-Fi 成为全球标准 。9第

6、七章 无线局域网技术 宽带无线通信技术基础 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007发展中的 802.11 标准802.1111a11b11c11d11e11g11h11i11j11k11n11ma11f11u.11s, .11v, .11T,.11 r, .11p10第七章 无线局域网技术 宽带无线通信技术基础 802.11 演进 802.11e QoS (服务质量 )改进 802.11f 改进接入点 （ AP） 的互通性 802.11h 改进 802.11和 802.11a标准接入到 5GHz

7、频段 802.11i 改进了安全和鉴权机制 802.11n 高速传输11第七章 无线局域网技术 宽带无线通信技术基础 11802.11标准 现状MACMIBDSSS FH IRPHYWEPLLCMAC Mgmt802.11b5,11 Mbps802.11g20+ Mbps802.11a6,9,12,18,2436,48,54 MbpsOFDM802.11i安全802.11f接入点协议互通802.11eQoS 改进802.11n优异性能12第七章 无线局域网技术 宽带无线通信技术基础 802.11a 802.11b 802.11g 802.11n最大数据速率 54 Mbps 11 Mbps 54

8、 Mbps 600 Mbps调制 OFDM DSSS OFDM OFDM射频频段 5 GHz 2.4 GHz 2.4 GHz 2.4 GHz或 5 GHz空间流数量1 1 1 1 to 4信道带宽 20 MHz 20 MHz 20 MHz 20 MHz或 40 MHz13第七章 无线局域网技术 宽带无线通信技术基础 无线物理层 物理层与 OSI模型一致 (五个选项 ) 1997: 802.11 红外线 , FHSS, DSSS 1999: 802.11a OFDM 和 802.11b HR-DSSS 2001: 802.11g OFDM 802.11 红外线 两种速率 1 Mbps or 2

9、Mbps. 不能穿墙 . 802.11 FHSS (跳频扩频 ) 79 信道 ,在 2.4 GHz ISM频段低端 ， 每信道宽 1 Mhz. 所有的站使用相同的伪随机序列生成器 .14第七章 无线局域网技术 宽带无线通信技术基础 无线物理层 802.11 DSSS (直接序列扩频 ) 采用伪随机序列把信号扩展到整个频谱 每 11个码片传输 1个比特 ， PSK调制 ， 1M波特率 1 或 2 Mbps传输速率 . 802.11a OFDM (正交频分复用 ) 与欧洲 HiperLan2相兼容 . 54Mbps速率 ， 在较宽 5.5GHz的频段 传输范围受到限制 . 采用 52 FDM 信道

10、 (48个数据 ， 4个同步 ） 编码比较复杂 ， 比如 在 54Mbps时 ， 216 数据比特需要编成288-bit的码元 。 穿墙非常困难 。15第七章 无线局域网技术 宽带无线通信技术基础 无线物理层 802.11b HR-DSSS (高速直接序列扩频 ） 11a 和 11b 表明标准委员会存在 分歧 . 11b 通过后 ， 在 11a之前投放市场 . 1,2,5.5,11Mbps 在 2.4 GHz频段 ， 采用 11 M码片 /秒 . 在这个频段的所有协议必须处理干扰的问题 ， 比如来自微波炉 、 无绳电话和车库门控制器 。 传输范围比 11a大 7倍 。 11b和 11a 是不兼

11、容的 ! 802.11g OFDM(正交频分复用 ) 支持 54,48,36,24,18,12,9,6Mbps. 采用 2.4 GHz频率 ， 覆盖范围较大 .第七章 无线局域网技术 宽带无线通信技术基础 Path LossPath Loss Vs. Distance607080901001101201301401500.01 0.1 1 10 100Distance (Km) Log Scale Path Loss (dB)2.4 GHz 5 GHz17第七章 无线局域网技术 宽带无线通信技术基础 17802.11a中的 OFDM OFDM(正交频分复用 )18第七章 无线局域网技术 宽带无

12、线通信技术基础 802.11n 带宽翻倍 从 20 MHz 变为 40 MHz 动态管理 改进了 802.11a/g 改进了 OFDM 码速率更高 ， 带宽更宽 65 Mbps RIFS 缩短帧传输的时间间隔19第七章 无线局域网技术 宽带无线通信技术基础 802.11n的提升 带宽 ， 范围 ， 可靠性 公司 顾客 家庭网络 家用产品下载 30分钟的 HD电视需要的时间对比20第七章 无线局域网技术 宽带无线通信技术基础 传统的 SISO 无线系统传统的 “单输入单输出 ” (SISO) 系统比较简单 ， 成本低 ， 但是有一些缺点 : 如果天线信号将为 0， 将会导致通信中断 在不同的天线

13、之间切换信号可以帮助解决这个问题 全向传播导致能量浪费 会引起对别的用户附加干扰 对所有方向的干扰都很敏感 单个功率放大器的输出功率受到限制channelRadioDSPBitsTXRadio DSP BitsRXioTX21第七章 无线局域网技术 宽带无线通信技术基础 MIMO 无线系统多输入多输出 (MIMO) 系统 ， 采用多个并行的无线电波改进一下方面 ： 采用信息多天线传输信息 ， 出现通信中断的情况减少 采用多个功率放大器可以增加传输功率 可以实现高吞吐量 采用一些技术 ， 可以限制传输和接收的干扰channelRadioDSPBitsTXRadioRadioDSPBitsRXRa

14、dio第七章 无线局域网技术 宽带无线通信技术基础 网络结构第七章 无线局域网技术 宽带无线通信技术基础 无线网络 概述不发送=无载波 = 可以发送4但是以上规则不适合应用于无线系统=解决方案 : RTS/CTS 碰撞检测 (CD) 4不能在无线系统中应用4因此 ， 采用碰撞避免 （ collision avoidance， CA)=随机退避=确认协议优先CSMA/CA 流程图第七章 无线局域网技术 宽带无线通信技术基础 WLAN 超越 “本地 ” 转向长距离 , 城域覆盖4 12 km 点对点连接 36 Mbps 已经被验证=需要增大发射功率 ， 增强天线方向性 。=需要修改传输协议Far

15、terminal, 12.5 km awayPhotos courtesy of Microelectronics Technology, Inc.36第七章 无线局域网技术 宽带无线通信技术基础 Wireless LAN 市场37第七章 无线局域网技术 宽带无线通信技术基础 全球 Wi-Fi半导体收入 （ 2003 2008） ($M)05001000150020002500300035002003 2004 2005 2006 2007 2008Chip InventoryAccessPoints/Gateways/BridgesMobile PCDesktop PCConsumer DevicesMobile DevicesPrinters/MFPsAftermarket USBAftermarket PCIAftermarket NICSource: IDC brief: Worldwide WLAN Semiconductor Forecast and Analysis, 2004 2008.38第七章 无线局域网技术 宽带无线通信技术基础 05001