下一代移动通信关键技术在高速无线局域网中应用

1.5 智能天线技术

智能天线是一个由多组独立天线组成的天线阵列系统｡该阵列的输出与收发信机的多个输入相结合,可提供一个综合的时空信号｡与单个天线不同的是,天线阵列系统能够动态地调整波束方向,以使每个用户都获得最大的主瓣,并减小了旁瓣干扰｡这样不仅改善了信号干扰比SINR(Signal-to-Interference and Noise Ratio),还提高了系统的容量,扩大了小区的最大覆盖范围,减小了移动台的发射功率(如图4所示)｡


无线信道为共享信道,频率资源非常有限｡WLAN工作于免许可证频段:2.4GHz及5GHz｡随着工作频率及数据率的提高,硬件实现成本也越高,同时无线的传播范围也会降低｡因此,无线局域网IEEE802.11标准的传送距离较短,传输距离只有几百米,且传输速率会随着距离的增加而降低｡当移动端远离AP节点时或通信质量差时,无线网络会采用降低通信速率的方式保持连接｡在实际的组网中,
与无线广域网相比,WLAN小区的覆盖范围都较小(一般只有十几米到几十米;热点地区为了增加容量,小区半径更小)｡

WLAN引入智能天线技术,可以扩大其传播范围,提高信号传输的可靠性,使系统能够以不低于108Mbps的传输速率保持通信｡智能天线技术可以充分利用无线资源的空间可分性,提高无线局域网系统对无线资源的利用率,扩大无线信号的传输范围,并从根本上提高系统容量｡因此,带有智能天线的WLAN系统可以作为蜂窝移动通信的宽带接入部分,与无线广域网更紧密地结合｡一方面,WLAN可以为用户提供高数据率的通信服务(例如视频点播VOD,在线观看HDTV)｡另一方面,无线广域网为用户提供了更好的移动性｡

1.6 软件无线电

目前无线局域网的多种标准并存,不同标准采用不同的工作频段､不同的调制方式,造成系统间难以互通｡WLAN的移动性差,而软件无线电是一种最有希望解决这些问题的技术｡软件无线电是指研制出一个完全可编程的硬件平台,所有的应用都通过该平台上的软件编程实现｡换言之,不同系统的基站和移动终端都可以由建立在相同硬件基础上的不同软件实现｡该技术将能保证各种移动台､移动通信设备之间的无缝集成,并大大降低了建设成本｡ 可以预见,基于软件无线电的移动通信将会具有以下特点:在同一硬件平台上兼容不同的系统;具有自动漫游能力,能在不同系统之间进行智能切换;可以下载公用软件并进行自身的升级;支持语音､数据､图像和传真等多种业务,并能根据业务流量､信道质量等情况,自动选择合适的传输信道;自动选择通信模式,采用合适的通信协议和信号格式实现远端通信｡

软件无线电在下一代WLAN中的应用,将根本改变其网络结构,实现WLAN网与无线广域网融合,并能容纳各种标准､协议,提供更为开放的接口,最终大大增加网络的灵活性｡

2 下一代无线局域网实现与IEEE802.11n

由上述可知,为了实现更高的传输速率,取得更可靠的性能,无线局域网全面采用下一代移动通信的关键技术｡首先从发送端送入数据,进行串并变换,然后每个子载波分别完成LDPC编码､QAM调制及IFFT转换和加循环前缀,最后由多天线阵列发送到无线信道中｡接收端先由多天线阵列接收信号,再进行天线选择､去循环前缀､软译码､FFT及LDPC译码;最后将并行转换为串行数据到接收方｡另外,在接收端采取信道估计,然后根据所得信道的特征采用相应的自适应算法调整编码调制的参数以达到相应模块的自适应目的｡系统实现结构框图如图5所示｡


目前,IEEE已经成立802.11n工作小组,以制定一项新的高速无线局域网标准IEEE802.11n｡11n工作小组由高吞吐量研究小组发展而来｡IEEE802.11n计划将WLAN的传输速率从802.11a和802.11g的54Mbps增加至108Mbps以上,最高速率可达320Mbps,成为802.11b､802.11a､802.11g之后的另一重头戏｡与以往的802.11标准不同,802.11n协议为双频工作模式(包含2.4GHz和5GHz两个工作频段)｡这样11n保障了与以往的802.11a､b､g标准兼容｡

802.11n计划采用MIMO与OFDM技术相结合,使传输速率成倍提高｡另外,天线技术及传输技术使无线局域网的传输距离大大增加,可以达到几公里(并且能够保障100Mbps的传输速率)｡IEEE802.11n标准全面改进了802.11标准,不仅涉及物理层标准,同时也采用新的高性能无线传输技术提升MAC层的性能,优化数据帧结构,提高网络的吞吐能力｡

移动通信的发展具有一定的继承性,下一代无线局域网系统是从现有系统以及将来的移动通信系统的基础上演化而来的,具有广阔的发展前景,它必将对移动计算､移动办公和移动电子商务的早日实现起催化作用｡