【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 T加CP加CPTX1TXNt1NtSt(0)Si(Ne1)Sn(0)Sn(Ne1) MIMO+OFDM系統(tǒng)發(fā)送方案框圖檢測(cè)解碼FFTFFT去CP去CP時(shí)頻同步RXRX信道估計(jì)xyr MIMO+OFDM系統(tǒng)接收方案框圖 無(wú)線局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層關(guān)鍵技術(shù)在OSI參考模型中，數(shù)據(jù)鏈路層（Data link Sublayer）位于第二層為，通用的標(biāo)準(zhǔn)定義將該層分為兩個(gè)子層：①介質(zhì)訪問(wèn)控制子層 (Media Access Control)， 簡(jiǎn)稱MAC子層，負(fù)責(zé)控制與連接物理層的物理介質(zhì)。②邏輯鏈路控制子層 (Logical Link Control Sublayer) ，簡(jiǎn)稱LLC子層，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)正確的發(fā)送到物理層。介質(zhì)訪問(wèn)控制（MAC）作為局域網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一,完全決定局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)性能（諸如吞吐性能與遲延性能）等等。而無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）由于其傳輸介質(zhì)以及移動(dòng)性等特點(diǎn)，采用與有線局域網(wǎng)有所區(qū)別的MAC協(xié)議?！? 　 MAC發(fā)送數(shù)據(jù)流程 　　　　　　　　　　　 MAC接收數(shù)據(jù)流程 當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，MAC層要完成以下任務(wù)：首先它按規(guī)則從LLC層接收數(shù)據(jù)，然后執(zhí)行媒體訪問(wèn)規(guī)程，查看網(wǎng)絡(luò)是否可以發(fā)送；一旦網(wǎng)絡(luò)可以發(fā)送，它將給數(shù)據(jù)附加上一些控制信息，把數(shù)據(jù)及控制信息以規(guī)定的格式（一般稱做幀）送往物理層。 當(dāng)接收數(shù)據(jù)時(shí)，MAC層要完成以下任務(wù)：首先它從物理層接收到數(shù)據(jù)幀并檢查數(shù)據(jù)幀中的控制信息，從而判斷是否發(fā)生傳輸錯(cuò)誤。如數(shù)據(jù)正確，則去掉控制信息后把其送至LLC層。 無(wú)線局域網(wǎng)的MAC子層工作方式無(wú)線局域網(wǎng)中MAC子層所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)為IEEE ，IEEE MAC綜合了兩種工作方式:：分布控制(DCF)和中心控制(PCF)兩種工作方式：1． 分布控制方式(DCF)，類似CDMA/CD，利用載波監(jiān)聽機(jī)制，適用于分布式網(wǎng)絡(luò)，傳輸具有突發(fā)性和隨機(jī)性的普通分組數(shù)據(jù), 支持無(wú)競(jìng)爭(zhēng)型實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)及競(jìng)爭(zhēng)型非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。2． 中心控制方式(PCF)，建立在DCF工作方式之上并且僅支持競(jìng)爭(zhēng)型非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù),適用于具備中央控制器的網(wǎng)絡(luò)。◆ 分布控制方式(DCF)DCF機(jī)制是MAC層中最基本的媒體接入控制機(jī)制。DCF機(jī)制基于CSMA/CA(CSMA/Collision Avoidance載波監(jiān)聽多址接入/碰撞避免) , 并以RTS/CTS消息交換機(jī)制作為輔助的介質(zhì)訪問(wèn)方式1． CSMA/CA協(xié)議　　CSMA作為隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)類MAC協(xié)議，算法簡(jiǎn)單而且性能豐富，所以在實(shí)際局域網(wǎng)的使用中得到了廣泛的應(yīng)用。但是在無(wú)線局域網(wǎng)中，由于無(wú)線傳輸媒體固有的特性及移動(dòng)性的影響，無(wú)線局域網(wǎng)的MAC在差錯(cuò)控制、解決隱藏終端等方面存在應(yīng)有別于有線局域網(wǎng)。因此無(wú)線局域網(wǎng)與有線局域網(wǎng)所采用的CSMA具備一定的差異。無(wú)線局域網(wǎng)采用CSMA/CA（CSMA/Collision Avoidance）協(xié)議，其與CSMA/CD最大的不同點(diǎn)在于其采取避免沖突工作方式。與CSMA/CD不同，無(wú)線局域網(wǎng)介質(zhì)訪問(wèn)控制(MAC)層采用的CSMA/CA（CSMA/Collision Avoidance）協(xié)議，由于在RF傳輸網(wǎng)絡(luò)中沖突檢測(cè)比較困難，采用沖突避免機(jī)制盡量減小沖突碰撞發(fā)生的概率，以提高網(wǎng)絡(luò)吞吐性能與遲延性能。協(xié)議使用信道空閑評(píng)估(CCA)算法來(lái)決定信道是否空閑，通過(guò)測(cè)試天線能量和決定接收信號(hào)強(qiáng)度RSSI來(lái)完成。并且使用RTS、CTS和ACK幀減少?zèng)_突。數(shù)據(jù)加密與普通局域網(wǎng)的等同加密(WEP)算法一樣，使用64位密鑰和RC4加密算法。2． CSMA/CA工作過(guò)程：當(dāng)發(fā)射端希望發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，首先檢測(cè)介質(zhì)是否空閑，若是介質(zhì)為空閑時(shí)，送出RTS（Request To Send請(qǐng)求發(fā)送），RTS信號(hào)包括發(fā)射端的地址、接收端的地址、下一筆數(shù)據(jù)將持續(xù)發(fā)送的時(shí)間等信息，接收端收到RTS信號(hào)后，將響應(yīng)短信號(hào)CTS(Clear To Send)，CTS信號(hào)上也RTS內(nèi)記錄的持續(xù)發(fā)送的時(shí)間，當(dāng)發(fā)射端收到CTS包后，隨即開始發(fā)送數(shù)據(jù)包，接收端收到數(shù)據(jù)包后，將以包內(nèi)的CRC(Cyclic Redundancy Check，循環(huán)冗余校驗(yàn))的數(shù)值來(lái)檢驗(yàn)包數(shù)據(jù)是否正確，若是檢驗(yàn)結(jié)果正確時(shí)，接收端將響應(yīng)ACK包，告知發(fā)射端數(shù)據(jù)已經(jīng)被成功地接收。當(dāng)發(fā)射端沒(méi)有收到接收端的ACK包時(shí)，將認(rèn)為包在傳輸過(guò)程中丟失，而一直重新發(fā)送包。 　　　　　　　　 帶RTS/CTS的DCF機(jī)制工作過(guò)程3． CSMA/CA與CSMA/CD的區(qū)別　?、? 載波檢測(cè)方式：因傳輸介質(zhì)不同，CSMA/CD與CSMA/CA的檢測(cè)方式也不同。CSMA/CD通過(guò)電纜中電壓的變化來(lái)檢測(cè)，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生碰撞時(shí)，電纜中的電壓就會(huì)隨著發(fā)生變化；而CSMA/CA采用能量檢測(cè)(ED)、載波檢測(cè)(CS)和能量載波混合檢測(cè)三種檢測(cè)信道空閑的方式。② 信道利用率比較：CSMA/CS協(xié)議信道利用率低于CSMA/CD協(xié)議信道利用率。但是由于無(wú)線傳輸?shù)奶匦?，在無(wú)線局域網(wǎng)不能采用有線局域網(wǎng)的CSMA/CD協(xié)議。信道利用率受傳輸距離和空曠程度的影響，當(dāng)距離遠(yuǎn)或者有障礙物影響時(shí)會(huì)存在隱藏終端問(wèn)題，降低信道利用率。 具體最高的信道利用率與傳輸速率有關(guān)。，在1Mbit/s速率時(shí)最高信道利用率可到90％，而在11Mbit/s時(shí)最高信道利用率只有65％左右。4． 虛擬介質(zhì)檢測(cè)機(jī)制(VCS)　　，所有接收到RTS與CTS信號(hào)的無(wú)線設(shè)備，都將采用虛擬介質(zhì)檢測(cè)（Virtual Carrier Sense）機(jī)制，設(shè)置NAV(Network Allocation Vector，網(wǎng)絡(luò)分配矢量)，并使用在RTS和CTS中包含的duration字段信息來(lái)設(shè)置MAC參數(shù)NAV，duration字段指明了源和目的主機(jī)為傳輸數(shù)據(jù)將要占用信道的時(shí)間長(zhǎng)度。當(dāng)物理層內(nèi)的NAV指針打開時(shí)，設(shè)備將認(rèn)為此時(shí)的物理介質(zhì)正為其他設(shè)備所占用而停止發(fā)送與接收數(shù)據(jù)。NAV的值隨著時(shí)間推移不斷減小，在NAV值減到零之前，主機(jī)不會(huì)發(fā)起傳輸嘗試?！　√摂M介質(zhì)檢測(cè)（VCS）機(jī)制設(shè)置使其它主機(jī)預(yù)先知道信道中正在進(jìn)行的傳輸情況，從而有效提高了數(shù)據(jù)幀成功傳輸?shù)母怕?。但是VCS機(jī)制增加了RTS和CTS的開銷，降低了有效數(shù)據(jù)傳輸速率。NAV的設(shè)計(jì)有助于解決無(wú)線局域網(wǎng)內(nèi)隱藏節(jié)點(diǎn)的問(wèn)題?！? 中心控制方式(PCF)PCF(Point Coordination Function)機(jī)制基于輪詢機(jī)制，可以用于支持無(wú)競(jìng)爭(zhēng)型實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。1． PCF工作過(guò)程：　　希望發(fā)送數(shù)據(jù)的主機(jī)首先向AP（Acess Point）發(fā)送Association Request（連接請(qǐng)求）幀，并在幀的功能性能字段的CFPollable(可輪詢CF)子字段中表明希望加入輪詢表。在收到AP的ACK信息以后，主機(jī)被列入輪詢列表。輪詢列表中的主機(jī)按連接標(biāo)識(shí)(Association ID:AID )升序排列。AID是由AP主機(jī)分配的16bit標(biāo)識(shí)符?！　P發(fā)出Beacon幀表明CFP期間的開始。然后AP依次向輪詢列表中的主機(jī)發(fā)出Poll幀給AP，或發(fā)送Data幀給其它非AP主機(jī)；如果在PIFS時(shí)間間隔內(nèi)沒(méi)有響應(yīng)，則表明主機(jī)無(wú)數(shù)據(jù)要發(fā)，AP繼續(xù)發(fā)出下一個(gè)Poll幀。輪詢中特殊情況：　　在一個(gè)CFP期間，如果輪詢列表中的主機(jī)沒(méi)有輪詢完，那么在下次CFP期間將從未輪詢主機(jī)開始輪詢；如果輪詢列表中的主機(jī)已經(jīng)輪詢完，還剩有一段時(shí)間，AP將隨機(jī)選擇主機(jī)發(fā)出輪詢幀。輪詢結(jié)束過(guò)程：AP發(fā)出End幀，表明CFP期間的結(jié)束，CP期間的開始。下圖為PCF中幀傳輸?shù)囊粋€(gè)例子： 　　　　　　 PCF中幀傳輸?shù)囊粋€(gè)例子 無(wú)線局域網(wǎng)的主要設(shè)備和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)無(wú)線局域網(wǎng)的設(shè)備主要包括：無(wú)線網(wǎng)卡、無(wú)線訪問(wèn)接入點(diǎn)、無(wú)線集線器和無(wú)線網(wǎng)橋，幾乎所有的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品中都自帶無(wú)線發(fā)射/接收功能，且通常是一機(jī)多用。WLAN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有兩種類型：無(wú)中心拓?fù)浜陀兄行耐負(fù)?。根?jù)無(wú)線接入點(diǎn)(AP)的不同功用，WLAN可以實(shí)現(xiàn)不同的組網(wǎng)方式。目前有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模式、多AP模式、無(wú)線網(wǎng)橋模式、無(wú)線中繼器模式和AP Client客戶端模式等組網(wǎng)方式。 主要設(shè)備介紹1．無(wú)線接入點(diǎn)無(wú)線接入點(diǎn)（Access Point）即通常所說(shuō)的AP，也被稱為無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)。它是大多數(shù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的中心設(shè)備。無(wú)線路由器、無(wú)線交換機(jī)和無(wú)線網(wǎng)橋等設(shè)備都是無(wú)線接入點(diǎn)定義的延伸，因?yàn)樗鼈兯峁┑淖罨A(chǔ)作用仍是無(wú)線接入。AP在本質(zhì)上是一種提供無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸功能的集線器，它在無(wú)線局域網(wǎng)和有線網(wǎng)絡(luò)之間接收、緩沖存儲(chǔ)和傳輸數(shù)據(jù)，以支持一組無(wú)線用戶設(shè)備。接入點(diǎn)通常是通過(guò)一根標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)線連接到有線主干線路上，并通過(guò)內(nèi)置或外接天線與無(wú)線設(shè)備進(jìn)行通信。2．無(wú)線路由器無(wú)線路由器是一種帶路由功能的無(wú)線接入點(diǎn)，它在家庭及小企業(yè)中經(jīng)常應(yīng)用。無(wú)線路由器具備無(wú)線AP的所有功能，例如支持DHCP、防火墻、支持WEP/WPA加密等等，除此之外還包括了路由器的部分功能，如網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）功能，通過(guò)無(wú)線路由器能夠?qū)崿F(xiàn)跨網(wǎng)段數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，例如實(shí)現(xiàn)ADSL或小區(qū)寬帶的無(wú)線共享接入。無(wú)線路由器通常包含一個(gè)若干端口的交換機(jī)，可以連接若干臺(tái)使用有線網(wǎng)卡的電腦，從而實(shí)現(xiàn)有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的順利過(guò)渡。在接入速度上，目前符合11Mbit/s、54Mbit/s的無(wú)線路由器產(chǎn)品在市場(chǎng)上都是主流產(chǎn)品。但是，現(xiàn)在市場(chǎng)上出現(xiàn)了所謂22Mbit/s和108Mbit/s傳輸速度的產(chǎn)品，22Mbit/+，+，只不過(guò)是廠家的自有技術(shù)，打上宣傳的標(biāo)記而已，同理，108Mbit/s也同樣是廠家肓目追求速度的典范，它的原理是同一時(shí)間使用兩個(gè)信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以獲得雙倍速率。在實(shí)際應(yīng)用中，僅比標(biāo)準(zhǔn)的11Mbit/s和54Mbit/s速率略高。3．無(wú)線網(wǎng)卡使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)的網(wǎng)卡可以統(tǒng)稱為無(wú)線網(wǎng)卡，它們是操作系統(tǒng)與天線之間的接口，用來(lái)創(chuàng)建透明的網(wǎng)絡(luò)連接。其接口一般有USB、PCMCIA、PCI和MINIPCI、CF/CFII等形式。MiniPCI無(wú)線網(wǎng)卡即是筆記本中內(nèi)置式無(wú)線網(wǎng)卡，目前大多數(shù)筆記本均使用這種無(wú)線網(wǎng)卡。其優(yōu)點(diǎn)是無(wú)須占用PC卡或USB插槽，老款的筆記本電腦是直接將芯片焊接在主板上的。CF無(wú)線網(wǎng)卡是應(yīng)用在PDA、PPC等移動(dòng)設(shè)備或終端上的網(wǎng)卡，其特點(diǎn)是體積很小且可直接插拔在設(shè)備上。目前的CF卡一般是Type II（CFII）的接口。此外，Bluetooth藍(lán)牙網(wǎng)卡也應(yīng)算是無(wú)線網(wǎng)卡的一種。4．天線無(wú)線天線相當(dāng)于一個(gè)信號(hào)放大器，主要用來(lái)解決無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸中因傳輸距離、環(huán)境影響等造成的信號(hào)衰減。與接收廣播電臺(tái)時(shí)在增加天線長(zhǎng)度后聲音會(huì)清晰很多相同，無(wú)線設(shè)備（如AP）本身的天線由于國(guó)家對(duì)功率有一定限制，它只能傳輸較短的距離，當(dāng)超出這個(gè)有限的距離時(shí)，可以通過(guò)外接天線來(lái)增強(qiáng)無(wú)線信號(hào)，達(dá)到延伸傳輸距離的目的。購(gòu)買天線必須了解以下3個(gè)概念。（1）頻率范圍。頻率范圍是指天線工作的頻段。這個(gè)參數(shù)決定了它適用于哪個(gè)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線設(shè)備，所以在購(gòu)買天線時(shí)一定要認(rèn)準(zhǔn)與這個(gè)參數(shù)相匹配的產(chǎn)品。（2）增益值。增益值表示天線功率放大的倍數(shù)，數(shù)值越大表示信號(hào)的放大倍數(shù)越大，也就是說(shuō)當(dāng)增益數(shù)值越大，信號(hào)越強(qiáng)，傳輸質(zhì)量就越好。通俗地講就是功率，天線在指定方向上輻射功率的集中程度，通常以dBi為衡量。（3）極化。極化即電磁波的傳輸方向，是指天線輻射時(shí)形成的電場(chǎng)強(qiáng)度方向，分為水平極化或垂直極化。一般天線可分為兩類：全向天線和定向天線。以上3個(gè)概念是天線最基本的要素。天線具有多種形狀和大小。表22中簡(jiǎn)單介紹了各種天線的優(yōu)劣，讀者在購(gòu)買時(shí)可以參考。表22無(wú)線天線的基本參數(shù)定 向 天 線全 向 天 線類型應(yīng)用增益范圍類型應(yīng)用增益范圍接線天線室內(nèi)12～22dBi偶極天線室內(nèi)6～8dBi八木天線室外點(diǎn)到點(diǎn)/點(diǎn)到多點(diǎn)6～21dBi桿狀天線室內(nèi)/室外4～10dBi碟形天線室外點(diǎn)到點(diǎn)/點(diǎn)到多點(diǎn)26dBi頂裝天線室內(nèi)4～12dBi拋物線天線室外點(diǎn)到點(diǎn)27dBi扇形天線室內(nèi)/室外4～10dBi 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1． 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式Adhoc(peertopeer)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式Adhoc(peertopeer)又稱對(duì)等結(jié)構(gòu)模式或稱為自組織網(wǎng)絡(luò)，它是WLAN的一種特殊結(jié)構(gòu)體系，屬無(wú)中心拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它覆蓋的服務(wù)區(qū)稱IBSS。對(duì)等網(wǎng)絡(luò)用于一臺(tái)無(wú)線工作站（STA, Station）和另一臺(tái)或多臺(tái)其他無(wú)線工作站的直接通訊，該網(wǎng)絡(luò)無(wú)法接入有線網(wǎng)絡(luò)中，只能獨(dú)立使用。這是最簡(jiǎn)單的無(wú)線局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)。()一個(gè)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)由一組有無(wú)線接口的計(jì)算機(jī)組成。這些計(jì)算機(jī)要有相同的工作組名、ESSID和密碼。 對(duì)等網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)靈活，任何時(shí)間，只要兩個(gè)或更多的無(wú)線接口互相都在彼此的范圍之內(nèi)，它們就可以建立一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。這些根據(jù)要求建立起來(lái)的典型網(wǎng)絡(luò)在管理和預(yù)先調(diào)協(xié)方面沒(méi)有任何要求。無(wú)線工作站B無(wú)線工作站A無(wú)線工作站C 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)必需能同時(shí)看到網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)，否則就認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)中斷，因此對(duì)等網(wǎng)絡(luò)只能用于少數(shù)用戶的組網(wǎng)環(huán)境，比如4至8個(gè)用戶，并且他們離得足夠近。2． 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模式（Infrastructure）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模式（Infrastructure）由無(wú)線接入點(diǎn)（AP）、無(wú)線工作站（STA）以及分布式系統(tǒng)（DSS）構(gòu)成，覆蓋