作者：张爱华　张爱军　李燕斌

摘要　论述了无线局域网的组成、技术标准、传输方式及技术特点，并对其应用前景进行了展望。

关键词　无线局域网　传输方式　应用前景

O、前言

　　无线局域网(WLAN)是在有线网基础上发展起来的，是有线LAN的一种补充，大部分应用也是有线LAN的扩展和替换，即网络共享处理能力和文件服务。WLAN的出现克服了有线LAN发展中的以下缺陷：

　　a)布线繁琐、改线工程量大、线路易损坏、不易连接远程站点，在施工过程中，往往需要破墙掘地、穿线架管等。

　　b)无法支持移动客户对网络的访问要求，其站点不可移动。

　　WLAN一般只要安装一个或多个接入点设备。就可建立覆盖整个建筑或地区的局域网络，包括临时组网与移动通信。不仅解决了有线LAN的大量有关组网与接入的难题，而且也方便地拓展了网络信息服务的能力，对于“把信息资源贴近最终用户”具有深远的影响。近年来客户终端的便携化倾向产生了对移动通信的巨大需求，能使用户在需要的时候方便地获取所需信息。WLAN的优点还表现在：

　　a)经济节约，由于有线网络缺少灵活性，这就要求网络规划者尽可能地考虑未来发展的需要，这样常会导致预设大量利用率较低的信息点。而一旦网络的发展超出了规划，又要花费较多费用进行改造。而WLAN可以避免或减少以上情况的发生。

　　b)易于扩展，WLAN有多种配置方式，能够根据需要灵活选择，这样，WLAN就能够胜任从只有几个用户的小型LAN到上千用户的大型网络，并且能够提供像“漫游”等有线网络无法提供的特性。

1、WLAN技术

　　1.1　WLAN标准

　　WLAN采用的标准是IEEE 802.11系列。1990年7月，IEEE 802委员会接受了NCR公司“CSMA/CD无线媒体标准扩充”的提案，成立了IEEE 802.11 WLAN工作委员会，该委员会负责制定WLAN物理层及媒体访问控制(MAC)协议的标准，并于1997年6月公布了该标准。这个标准是第一代WLAN标准之一。

　　IEEE 802.11b WLAN的带宽最高可达11Mbit/s，比IEEE 802.11标准的快5倍，扩大了WLAN的应用领域。可以根据实际情况采用5.5、2和1Mbit/s带宽，实际的工作速度在5Mbit/s左右，与普通的10Base-T规格有线LAN几乎是处于同一水平。IEEE 802.11b使用的是开放的2.4GB频段，不需要申请就可使用。既可作为对有线网络的补充，也可独立组网，从而使网络用户摆脱网线的束缚，实现真正意义上的移动应用。

　　IEEE 802.11b WLAN与IEEE 802.3以太网的原理很类似，都是采用载波侦听的方式来控制网络中信息的传送。不同之处是以太网采用的是CSMA/CD(载波侦听/冲突检测)技术，网络上所有工作站都侦听网络中有无信息发送，当发现网络空闲时即发出自己的信息，此时只能有一台工作站抢到发出信息权，其余工作站需要继续等待。如果一旦有两台以上的工作站同时发出信息，则网络中会发生冲突，导致这些冲突信息丢失，各工作站则将继续抢夺发出权。802.11b WLAN引进了冲突避免技术，从而避免了网络中冲突的发生，可以大幅度提高网络效率。

　　2004年11月，美国IEEE批准了一项新技术802.11g。该技术可以提升家庭、公司和公共场所的无线互联网接入速度，使无线网络传输速率达54Mbit/s，比现在通用的802.11b快出5倍，802.11b标准和802.11g标准都在2.4GHz频率范围内，二者是兼容的。

　　1.2　WLAN的传输方式

　　1.2.1　无线电波(RF)方式

　　采用微波作为传输媒体的WLAN依调制方式不同，又可分为扩展频谱方式与窄带调制方式。

　　1)扩展频谱方式

　　在扩展频谱方式中，数据基带信号的频谱被扩展几十倍至几百倍，再被搬移至射频发射出去。这一做法虽然牺牲了频带带宽，却提高了通信系统的抗干扰能力和安全性。由于单位频带内的功率降低，对其他电子设备的干扰也可减小。采用扩展频谱方式的WLAN一般选择所谓的ISM频段。许多工业、科研和医疗设备辐射的能量集中于该频段。欧美日等国家的无线电管理机构分别设置了各自的ISM频段。如美国的ISM频段由902～928，2.4-2.484和5.725-5.850GHz三个频段组成。如果发射功率及带外辐射满足美国联邦通信委员会(FCC)的要求，则无需向FCC提出专门的申请即可使用这些ISM频段。

　　2)窄带调制方式

　　在窄带调制方式中，数据基带信号的频谱不作任何扩展即被直接搬移到射频并被发射出去。与扩展频谱方式相比，窄带调制方式占用频带少、频带利用率高，采用窄带调制方式的WLAN一般选用专用频段，需要经过国家无线电管理部门的许可方可使用。当然，也可选用ISM频段。但带来的问题是。当临近的设备或通信设备也在使用这一频段时，会严重影响通信质量，使通信的可靠性无法得到保障。

　　1.2.2　红外线(IR)方式

　　红外WLAN采用小于1µm波长的红外线作为传输媒体，有较强的方向性，受太阳光的干扰大。支持1～2Mbit/s数据速率，适于近距离通信。

　　红外WLAN在室内的应用正引起极大的关注，由于它采用低于可见光的部分频谱作为传输介质，其使用不受无线电管理部门的限制。红外信号要求视距传输，检测和窃听困难，对邻近区域的类似系统也不会产生干扰，如果采用微蜂窝技术，小区频率复用度可为1。

　　红外波段由于频率太高，不能像射频那样进行调制解调。如果采用聚焦波束的点对点方案，在距离30m时可达到的比特速率至少为50Mbit/s，但出于安全考虑，其发射功率受到限制。漫射技术可为用户提供移动能力，但由于多径干扰以及对环境变化的敏感，一般工作于较低速率。准漫射技术综合了两者的优点，是目前红外WLAN研究的热点，也是发展的方向。在实际应用中，由于IR系统具有很高的背景噪声(日光、环境照明等)，一般要求的发射功率较高，而采用现行技术，特别是LED，很难获得高的比特速率(大于10Mbit/s)，尽管如此，红外WLAN仍是目前“100Mbit/s以上、性能价格比高的网络惟一可行的选择。

　　1.3　WLAN的扩频技术

　　扩频技术在WLAN中是不可缺少的关键技术。扩频技术原来是军事通信领域中使用的宽带无线通信技术，近年来在无线通信中也得到了广泛的应用和发展，如WLAN、数字蜂窝电话系统、数字无绳电话系统等。它是把原始信息的带宽变换成带宽宽得多的类噪声信号，发信端用一种特定的调制方法(伪随机码)将原始信号的带宽加以扩展，得到扩频信号。收信端再对接收到的扩频信号加以解扩处理，恢复为原来带宽的所要信号。

　　扩频方式占用频带要比其他通信方式宽得多，扩频信号带宽与原始信号带宽的比值GP(处理增益)是最重要的参数。扩频信号辐射的功率是被扩展过10-1000倍原始信息的带宽，这样，功率谱密度也相应降低，扩频信号对窄带信号(FDMA，TDMA)用户的干扰降低相同的量，于是扩频信号对窄带用户的干扰就很小了。另一方面，扩频信号本身具有强的抗干扰能力。从这个意义上说，在窄带用户发射功率一定时，由于扩频处理增益的作用，扩频宽带信号可以与窄带信号共享相同的频带。使用扩频技术，能够使数据在无线传输中完整可靠，并且确保同时在不同频段传输的数据不会互相干扰。

　　在各种扩频方式中，WLAN一般采用直接序列扩频(DSSS)和跳频扩频(FHSS)技术。

　　1.3.1　DSSS

　　DSSS技术是将原来的信号「1」或「0」，利用10个以上的chips来代表「1」或「0」位，使得原来较窄的高功率频率变成较宽的低功率频率。而每个bit使用多少个chips称做Spreading chips，较高的Spreading chips可以增加抗噪声干扰。而较低的Spreading Ration可以增加使用的用户数。

　　基本上，在DSSS中Spreading Ration是相当少的。例如在几乎所有2.4GHz的WLAN产品中所使用的Spreading Ration皆少于20。而在IEEE 802.11的标准内，Spreading Ration在100左右。

　　1.3.2　FHSS

　　FHSS技术在同步且同时的情况下，接受两端以特定形式的窄频载波来传送信号，对于一个非特定的接受器，FHSS所产生的跳动信号对它而言，也只算是脉冲噪声。FHSS所展开的信号可依特别设计来规避噪声或One-to-Many的非重复的频道，并且这些跳频信号必须遵守FCC的要求，使用75个以上的跳频信号，且跳频至下一个频率的最大时间间隔为400ms。

　　跳频的高低直接反映跳频系统的性能，跳频越高，抗干扰的性能越好，军用的跳频系统可以达到每秒上万跳。实际上GSM系统也是跳频系统。出于成本的考虑，商用跳频系统跳速都较慢，一般在50跳/s以下。由于慢跳跳频系统实现简单，因此低速WLAN常常采用这种技术。

2、WLAN的组网方式

　　WLAN由无线网卡、无线接入点(AP)、计算机和有关设备组成。采用单元结构，整个系统被分割成许多单元，每个单元称为基本服务组(BSS)，BSS的组成有以下3种方式：

　　a)集中控制方式(见图1)：每个BSS由一个中心站控制，网中的终端在该中心站的协调下与其他终端通信。在这种方式下需使用比较昂贵的中心站，但BSS区域较大。

 

图1　集中控制方式

　　b)分布对等方式(见图2)：BSS中任意两个终端可直接通信。无需中心转接站。这种方式结构简单，使用方便，但BSS区域较小。 

图2　分布对等方式

　　c)以上两种方式的组合：对网络用户来讲，希望BSS越大越好。然而，考虑到无线资源的有效利用和天线技术的限制，BSS不可能太大，通常BSS的范围在几百米以内。

　　尽管一个WLAN可以只由一个单元构成，但通常情况下它包含若干个单元，如图3所示。这若干个单元通过无线接入点与某个骨干网连接在一起，这个骨干网可以是有线网，也可以是无线网。这时所有的BSS组合称为扩展服务组(ESS)，典型的ESS覆盖范围在几千米之内。 

图3　WLAN的组成

3、WLAN的应用前景

　　WLAN的技术和产品在国内实际应用领域还是比较新的。但是，WLAN具有支持移动计算、保密性好、抗干扰性强、组网快捷、维护方便等优点，将会迅速地应用于需要在移动中联网和在网间漫游的场合，并在不易布线的地方和远距离的数据处理节点提供强大的网络支持。它适用于以下场所：

　　a)室内应用：在室内应用环境下，WLAN作为有线LAN的补充，与有线LAN并存，适用于大型办公室、展会、临时办公室、会议室、证券市场等环境。

　　b)室外应用：WLAN特别适用于临时性、流动性的场合，如矿山、水利、油田等区域网络，港口、码头、野外勘测、试验等网络，军事、公安流动网络等。

4、结束语

　　作为一种新的产品，与有线网络相比，WLAN也有很多不足之处。目前WLAN还不能完全脱离有线网络，它只是有线网络的补充，而不是替换。目前，WLAN产品比较昂贵，传输速度也比较慢。以太网可实现1Gbit/s的传输速度，而WLAN的传输速度被限制在1OMbit/s左右，市场上一般的无线网络带宽还达不到2Mbit/s。

　　近年来，适用于WLAN的产品价格正逐渐下降，相应软件也逐渐成熟。此外，WLAN已能够通过与广域网相结合的形式提供移动互联网的多媒体业务。可以预见，随着开放办公方式的流行和手持设备的普及，人们对在移动中进行互联网查询和信息存储的需求越来越多，利用无线接入技术实现WLAN上的移动办公将成为今后几年内通信领域的一种竞争趋势。