迷雾中的灯塔 802.11n转正前的风雨历程

802.11n的风雨历程

　　在目前的无线路由上，D-link、网件、Linksys都先后推出了自己的802.11n产品，虽然这些产品的价格现在还不是一般家庭用户所能承受的，但是这并不影响11n产品的发展。在今年，也就是万众瞩目的2008年，北京奥运会的召开将会促使网络更加完善，无线网络也会得到迅猛的发展。而802.11n草案也将这一年正式转正，市场上11n产品大幅度的降价，更有理由让我们相信，11n将会在不久走进我们的生活。为什么802.11n会这么受到人们的关注？它和之前的那些802.11x协议有什么不同呢？我们接下来慢慢看。

　　当今无线局域网技术百花齐放，WLAN、蓝牙、HomeRF、UWB，但是被应用最广泛的还是IEEE802.11系列的WLAN。从1997年IEEE802.11标准实施以来，先后有802.11b、802.11a、802.11g、802.11e、802.11f、802.11h、802.11i、802.11j等标准制定或者酝酿，但是WLAN依然面对着“四不一没有”的问题，即带宽不足、漫游不方便、网管不强大、系统不安全和没有杀手级的应用等。为了实现高带宽、高质量的WLAN服务，使无线局域网达到以太网的性能水平，802.11n应运而生。

　　目前通行的802.11g无线网络的最高数据理论传输速率还仅仅是108Mbps，它的实际运行速率比有线网络的802.3ab千兆以太网差了很多。其实作为互联网标准和技术的制定者，国际电气电信工程师协会（IEEE）一直在不断的制定和探索新的互联网技术和标准。可取代现有有线网络的无线局域网标准802.11n其实在2004年就已经被命名和规划过了，但一直到今天，它依然还没有最终定稿。回首近三年来11n的发展历程，下一代无线标准的确命运多舛。

    无线局域网通行标准的官方名称为IEEE 802.11x（x是该标准的标号，人们通常直接称某标准为802.11x而省略前面的IEEE组织名），该系列标准是由IEEE在1997年提出的。到目前为止，该系列里包括以下标准：

    802.11 ，1997年，原始标准(2Mbit/s 工作在2.4GHz)。 

    802.11a，1999年，物理层补充(54Mbit/s工作在5GHz) 。

    802.11b，1999年，物理层补充(11Mbit/s工作在2.4GHz) 。 

    802.11c，符合802.1D的媒体接入控制层(MAC) 桥接(MAC Layer Bridging) 。 

    802.11d，根据各国无线电规定做的调整。 

    802.11e ，对服务等级(Quality of Service, QoS) 的支持。 

    802.11f，基站的互连性(Interoperability) 。 

    802.11g，物理层补充(54Mbit/s工作在2.4GHz) 。 

    802.11h，无线覆盖半径的调整，室内(indoor) 和室外(outdoor) 信道(5GHz频段) 。 

    802.11i，安全和鉴权(Authentification)方面的补充。 

    802.11n，更高传输速率的改善——未定标准。

　　802.11a并没有得到广泛应用，802.11b是第一个被广泛应用的无线局域网标准，802.11g是2004年才开始使用的目前主流无线局域网54M标准，它有一个增强版本是108M标准802.11g+。其它一些标准则是以上标准的补充和修改。无线局域网从802.11b发展到802.11g用了四年，从802.11g发展到802.11g+用了一年，而802.11n却让我们经历了漫长的等待。

802.11n的优势

　　技术优势

    11N技术的优势主要体现在传输速度和信号范围上，在传输速率方面802.11N得益于将MIMO（多入多出）与OFDM（正交频分复用）技术使传输速率得了到极大提升。在覆盖范围方面，802.11n采用智能天线技术，通过多组独立天线组成的天线阵列，可以动态调整波束，保证让WLAN用户接收到稳定的信号，并可以减少其它信号的干扰，使WLAN移动性极大提高。

    应用一：高质量语音通

    我们知道，支持WI-FI的手机只要下载个软件就可以打网络电话了，但是由于受到无线路由器速度上的限制通话质量并不理想。

   但是802.11N无线路由器可以很好的解决这一问题，11N理论称速度为300Mbps，但是从实际使用和测试来看，在正常环境中（存在一定的信号干扰和障碍物）大多数11N产品的传输速度都在百兆左右，但即使是这样的速度也意味着人们可以在写字楼中用Wi-Fi手机来拨打IP电话，而且享受更高质量的语音通话。

    应用二：高清视频传输

    高清视频是802.11N产品在应用上的一个亮点。我们曾经做过关于这方面的测试，从测试结果上看传统的54M无线路由器与802.11N路由相比差距明显，对于家庭用户来说无线设备支持下的高清视频播放可能是一种趋势。

    对于企业用户来说，写字楼内利用无线网络拨打可视电话、酒店内的无线点播服务将使用户真正体验移动办公和移动娱乐带来的便捷。

    应用三：移动便携性

    由于802.11N采用独特的天线技术，最大程度上降低了信号干扰从而使信号覆盖范围得到提升，这使得使用笔记本电脑和PDA等设备的用户可以在更大的范围内移动上网。

    目前，包括北大、清华在内的很多国内高等学府内都采用了无线网络，而802.11N技术的应用将进一步完善这样的网络。我们可以想象随着迅驰笔记本和其他移动通讯设备的普及，在整个校园范围内，以前必须依靠有线网络实现的功能将都可以通过无线网络实现，只要你带着笔记本电脑甚至是手机就可以轻松的访问学校网站或者进行学习。

    应用四：与无线广域网络结合

    在这个技术繁杂的时代，兼容性的优劣成为产品在应用上的一块试金石。

    关于802.11N在兼容性方面的表现我们之前曾经做过多次测试，主要都是针对向前后兼容，结果表明在存在多个无线模式的环境中802.11N产品的表现比较稳定。这将为企业用户从802.11G过渡到802.11N提供帮助。

    从技术角度上看，802.11n采用了一种软件无线电技术，它是一个完全可编程的硬件平台，使得不同系统的基站和终端都可以通过这一平台的不同软件实现互通和兼容，这使得WLAN的兼容性得到极大改善。这意味着WLAN将不但能实现802.11n向前后兼容，而且可以实现WLAN与无线广域网络的结合，比如3G。

    802.11N的潜在风险

    无线网络的优势和802.11N的“强大”是有目共睹的，不过客观的说目前使用802.11N的潜在风险还是存在的。

    802.11N的标准没有最终通过，产品已上市，厂商们这么做也只是箭在弦上，不得不发。但对于消费者来说,要根据自己的实际情况来选择网络产品，不可盲目跟风。另外，很多厂商已经宣布当最终标准出台的时候产品完全可以通过升级来到达标准的要求，但在这一切成为现实之前，一切风险都需要用户来承担。

802.11n技术分析

　　以前的无线传输技术，发展瓶颈就在覆盖范围和传输速率上。如果覆盖范围广，那传输的速度肯定会变慢；如果传输速度上去了，那么覆盖范围肯定要缩小。那么802.11n到底是如何去解决这些问题、如何去突破这个制约无线技术的瓶颈的呢？它包含了哪些具体的新技术呢？我们在这里将一一的去分析。

　　OFDM技术

　　OFDM技术是MCM（Multi-Carrier Modulation，多载波调制）的一种。其核心是将信道分成许多正交子信道，在每个子信道上进行窄带调制和传输，这样减少了子信道之间的相互干扰。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的频率选择性衰落是平坦的，大大消除了符号间干扰，如图1所示。另外，由于在OFDM系统中各个子信道的载波相互正交，于是它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。
　
　　还有，OFDM技术通过使用不同数量的子信道来实现上行和下行链路中不同的传输速率，很好地解决了无线数据业务的非对称性传输问题。同时，OFDM系统还在某种程度上抑制了由于窄带干扰带来的影响。
　　
　　尽管同单载波系统相比，OFDM还存在一些缺点，例如易受频率偏差的影响，存在较高的峰值平均功率比（PAR），但通过结合时空编码、分集、干扰（包括符号间干扰ISI和邻道干扰ICI）抑制以及智能天线技术，可以最大程度地提高物理层的可靠性。如再结合自适应调制、自适应编码以及动态子载波分配、动态比特分配算法等技术，可以使其性能进一步优化。
　　
　　MIMO技术

　　多入多出（MIMO）技术是无线通信领域智能天线技术的重大突破。MIMO技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率。
　　
　　在室内，电磁环境较为复杂，多径效应、频率选择性衰落和其他干扰源的存在使得实现无线信道的高速数据传输比有线信道困难，多径效应会引起衰落，因而被视为有害因素。然而研究结果表明，对于MIMO系统来说，多径效应可以作为一个有利因素加以利用。MIMO系统在发射端和接收端均采用多天线（或阵列天线）和多通道。MIMO的多入多出是针对多径无线信道来说的，如图2所示。传输信息流S(k)经过空时编码形成N个信息子流Ci(k)，i=1，……，N。这N个子流由N个天线发射出去，经空间信道后由M个接收天线接收。多天线接收机利用先进的空时编码处理能够分开并解码这些数据子流，从而实现最佳的处理。
　　
　　特别是，这N个子流同时发送到信道，各发射信号占用同一频带，因而并未增加带宽。若各发射、接收天线间的通道响应独立，则MIMO系统可以创造多个并行空间信道。MIMO将多径无线信道与发射、接收视为一个整体进行优化，从而可实现高的通信容量和频谱利用率，这是一种近于最优的空域时域联合的分集和干扰对消处理。
　　
　　MIMO OFDM技术

　　MIMO OFDM技术是通过在OFDM传输系统中采用阵列天线实现空间分集，提高了信号质量，是联合OFDM和MIMO而得到的一种新技术。它利用了时间、频率和空间三种分集技术，使无线系统对噪声、干扰、多径的容限大大增加，系统原理如图3所示。MIMO OFDM主要包括以下关键设计: 发送分集、空间复用、接收分集、干扰消除、软译码、信道估计、同步、自适应调制和编码等技术，其中的技术细节在此不再冗述。
　　
　　MAC层优化技术

　　从网络逻辑结构上来看，802.11只定义了物理层及介质访问控制（MAC）子层。MAC层提供对共享无线介质的竞争使用和无竞争使用，具有无线介质访问、网络连接、数据验证和保密等功能。802.11n标准小组为了提升整个网络的吞吐量，对MAC层协议也进行了优化，改变数据帧结构，增加了净负载所占的比重，减少管理检错所占的字节数，大大提升了网络的吞吐量。
　　
　　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的方向，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SINR（Signal-to-Interference and Noise Ratio，信号干扰和噪声比），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。智能天线的基本结构如图4所示。
　　
　　智能天线技术保障了能够以不低于108Mbps的传输速率进行通信，同时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，802.11n可以为用户提供高数据率的通信服务（比如视频点播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。
　　
　　软件无线电技术解决移动难题

　　目前无线局域网多种标准并存，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，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，所有的应用都通过在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、各种移动通信设备之间的无缝集成，并大大降低了建设成本。
　　
　　基于软件无线电的移动通信具有以下特点：
　　
　　（1）在同一硬件平台上兼容不同的系统；
　　
　　（2）具有自动漫游能力，能在不同系统之间进行智能切换；
　　
　　（3）可以下载公用软件并进行自身的升级；
　　
　　（4）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；
　　
　　（5）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802.11n中的应用，将根本改变其网络结构，实现无线局域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。

802.11n的前景

　　作为一个新标准，与以前的802.11协议相比，IEEE802.11n无线局域网有两方面的优势。一是短期的优势，有较高的传输速率，数据传输速率达100Mbps以上，使无线局域网平滑地和有线网络结合，全面提升了网络吞吐量；二是长期的优势，今后无线局域网的产品可以使用双频方式，即在2.4GHz和5.8GHz两个频段，基于MIMO+OFDM调制技术，提高数据传输速率。同时，802.11n的传输距离更远，容易与无线广域网融合。

　　802.11n产品现在在市场上也逐步被广大消费者所接受，产品价格也从当初的千元以上下降到现在的几百元，作为推出11n产品比较迟的TP-Link，在中国的传统节日中秋节当天，推出了自己的11n系列产品，9XX系列的产品套装价格在768元，8XX系列套装的价格更是低至568元，此举让整个行业、整个市场都为之震动。但是作为消费者，11n产品价格逐渐下降，也是我们最愿意看到的事情。

　　在2008年，无线网络将会得到迅猛的发展，在经过了数年的制定、讨论之后，11n如同迷雾中的灯塔，已经离我们越来越近了。我们可以设想一下在不久的将来，我们在办公室可以不再使用手机、不再使用桌面电话，而是使用Wi-Fi手机进行通话，也可以使笔记本电脑不必中断网络连接而在各个办公室、会议室中移动办公。在我们的家庭中，可以享受到各种宽带的无线应用，从IPTV到可视电话都可以通过WLAN实现，更重要的是各种智能家电都可以通过WLAN实现连接，与通信系统相连可以实现更加智能的控制，这一切将不再是梦想。