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在1999年IEEE批准802.11a和802.11b无线网络通信标准的时候,它的目的是建立一项基于标准的能够跨越多种物理编码类型、频率和应用的技术。用同样的方法,802.3以太网标准已经成功地应用到了光纤和各种类型的铜线上的10、100和1,000Mbps技术上面。一年以后,在802.11b上,已经出现了多家厂商的11Mbps的产品,我们在配置上已经有了很宽的选择范围。可是802.11a怎么样了呢?
802.11b在很大的程度上是受到了朗讯技术公司和Intersil公司的推动。802.11b标准的设计是使用直序(direct-sequence)广谱技术在2.4GHzISM(工业、科学和医学——Industrial、ScientificandMedical)频带上工作。另一方面,802.11a标准的设计是在更近时期分配的5GHzUNII(无执照的国家基础设施——UnlicensedNationalInformationInfrastructure)频带上工作的,802.11a离开了传统的广谱技术,使用了频分多路方案,有意要让其对官方环境友好。
图1子频道图
802.11a标准(支持的最高速率为54Mbps)是类似于802.11b(支持的最高速率是11Mbps)的快速以太网。然而快速以太网使用与以太网相同的物理层编码方案(只是比较快),而802.11b使用的是完全不同的编码方案,叫做OFDM(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing——正交频分多路技术)。
图2独立空白频道图
一个新的频率世界
802.11a的设计是工作在5GHz的频率范围内的。特别是,FCC已经为无执照的运行在5GHz频带内分配了300MHz的频带,有200MHz在5.15MHz到5.35MHz,有100MHz在5.725MHz到5.825MHz。这个频带被切分为三个工作“域”。第一个100MHz位于低段,限制最大输出功率为50mW。第二个100MHz允许输出功率250mW,最高端的100MHz分配给室外应用,允许最大输出功率1W。与之对照,802.11b卡在美国能以1W的功率发射。然而,为了节省电池和减少热损耗,大多数的新式卡都只发射最大可用功率的一部分(30mW)。
虽然是分段的,但是IEEE802.11a应用可用的总带宽几乎是ISM频带的4倍,ISM频带只提供2.4GHz范围内的83MHz的频谱。而最近分配的UNII频带提供300MHz。802.11b的频谱受到了来自无线电话、微波炉和其它的融合了无线技术的产品(例如蓝牙产品)的侵扰。它的频谱比较易受干扰,至少在目前是这样。只有时间才能告诉我们,5GHz频带是否会变得象2.4GHz频带一样拥挤。
802.11a由于工作频率较高而使其性能得到了一些改进。信息论的法则把频率、发射功率和距离以反比的关系联系在一起。所以将频谱从2.4GHz上移到5GHz使得在相同的发射功率和编码方案的情况下,发射距离变短。此外,用于把数据转换为模拟无线电波的编码机制可在每个无线周期(赫兹)编码一个或多个bit。通过旋转和操纵无线电信号,厂商可以在相同的时间片内对更多的信息编码。为保证远端主机能够对这些更为复杂的无线电信号译码,你必须在源级使用更强的功率,以补偿信号的畸变和衰减。802.11a技术把EIRP增加到了最大的50mW克服了一些距离的损失。
然而,光靠功率是不足以在802.11a环境中维持象802.11b那样的距离的。为了弥补,厂商们规定和设计了一种新的物理层编码技术,与目前采用的传统直序技术分离了。这项技术称为COFDM(即编码OFDM)。COFDM是专为室内无线应用而开发的,而且性能大大地超过了广谱解决方案的性能。COFDM的工作方式是,将一个高速的载波波段分解为几个子波段,然后以并行方式传输。每个高速载波波段是20MHz宽(见图2),被分解为52个子波段,每个大约是300KHz宽(见图1)。COFDM使用了52个子频道中的48个传输数据,其余的4个用于纠错。由于COFDM的编码方案和纠错技术,使其具备了较高的递送速率和高度的多路径反射恢复性能。
在COFDM中的每个子频道大约是300KHz宽。在速度梯度的低端,采用BPSK(二进制移相键控,binaryphaseshiftkeying)对每个频道的125Kbps数据编码,结果得到了6,000Kbps,即6Mbps的数据速率。采用正交移相键控(quadraturephaseshiftkeying),可实现双倍数据量编码,达到每个频道编码250Kbps,输出12Mbps的数据速率。采用16级的每个赫兹4bit的正交调幅编码,可以达到24Mbps的数据速率。802.11a标准规定,所有适应802.11a的产品都必须支持这些基本数据速率。标准也允许厂商扩充超过24Mbps的调制方式。但是要记住的是,每个周期(赫兹)编码的bit数越多,信号就越容易受到干扰和衰减,最终发射范围变短,因而没有提高发射功率。
Atheros通信公司是两家倡导802.11a芯片组的厂商之一,他们将按照标准的规定支持6Mbps、12Mbps和24Mbps数据速率。也支持36Mbps、48Mbps和54Mbps的数据速率。Radiata通信公司是Atheros的主要竞争对手,也将支持以上这些数据速率。802.11a网络事实上的标准似乎是54Mbps。采用64QAM(64级正交调幅)可以达到54Mbps的数据速率,此时每个周期输出8个bit或每个周期输出10个bit,每个300Kbps的频道总输出达到1.125Mbps。使用48个频道,最终达到54Mbps的数据速率。Atheros公司另外提供了一种专有模式,把两路载波组合起来达到最大理论数据速率108Mbps。保守估算,在采用它的双频道模式时,达到72Mbps的数据速率是可能的。
是国际危机吗?
采用802.11b的设备在国际上得到了接受,因为2.4Mbps的频带几乎普遍适用。在有冲突的地方,厂商可以使用用频率选择软件阻止来自在违规频率上工作的无线电波。然而5GHz的频谱就享受不到这样的待遇了。在美国,802.11a比较喜欢在空白频道上运行。但是在欧洲和亚洲,情况就不尽相同了。日本市场只享有比较低的100MHz的频谱,这就意味着,802.11a在日本面临着更多的争议。在欧洲,低端的200MHz是与FFC分配的5GHz共用的,使用的是高端的100MHz(为室外应用保留的)。802.11a在54Mbps上运行需要大约20MHz的频谱。这样一来,美国和欧洲的用户将有多达10个频道可以选择,而日本用户则只能有5个。
在欧洲。事情有一点儿复杂。由ETSI(欧洲通信标准学会,EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute)的BRAN(宽带无线电存取网络)小组领导制定了HiperLAN/2标准,对5GHz的技术选择有广泛的接受。HiperLAN/2和802.11a在物理层有一些类似之处。例如二者都采用OFDM技术达到它们的数据速率。然而在ATM和以太网之间比起来,HiperLAN/2与ATM类似的地方更多一些。事实上,HiperLAN/2脱胎于开发无线ATM的工作。HiperLAN/2将来要共享5GHz频谱内的20MHz的频道,通过类ATM的机制使用TDMA(时分多重访问,timedivisionmultipleaccess)提供QoS(服务质量)。
与之相对,802.11a将来使用CSMA/CA(免冲突的载波检测多重访问,carriersensemultipleaccesswithcollisionavoidance)共享20MHz的频道。逻辑上,HiperLAN/2使用了与802.11a所用的不同的MAC。已经证明,HiperLAN/2MAC的设计是有问题的和有争议的,而且HiperLAN/2标准到处都是不完善的。相反,802.11a使用与802.11b相同的MAC,它只需开发者完成一个任务:一个适合IEEE802.11a的5GHz的无线电装置。这个任务不简单,但是总比重新设计无线电装置和MAC控制器要容易。
更多的是,802.11a技术不象某些军用的和政府的使用部分5GHz段的地面跟踪站和卫星通信装置那样容易被国外接收到。为了保证未经授权的应用不会干扰现存的5GHz的应用,ETSI已经规定,在分配得到欧洲批准之前,必须先实现两个附加协议。这两个协议,一个是DFS(动态频率选择,DynamicFrequencySelection),一个是TPC(发射功率管理,TransmitPowerControl),允许无线客户/应用对由于改变频道引起的无线电干扰作出动态反应,使用较低的功率调制,或者二者兼用。这就保证了在新信号传人一个特定的区域时“现任的”信号能得到第一优先权。有关802.11a的DFS和TPC的实现正在讨论中,期望能够在802.11a标准中增加一个附录,允许把这些功能作为选项。
统一标准
每个制造商都有权利关心802.11a和HiperLAN/2两个标准之间的分歧。如果必须制造和支持两种单独的产品,在开发和市场两方面都是一个很大的负担,而且所增加的开发成本将会转嫁到最终用户身上。Atheros公司已经提出了一个建议的标准,称为5-UP(统一协议,UnifiedProtocol)。该标准将提供对802.11a和HiperLAN/2的扩充,让两者在低、中、高速都互相协同工作。5-UP标准也为在一个载波内发射选择子频道制定了一种方法。如果5-UP的这部分得到采纳,它可允许无线电话、蓝牙产品和其它的窄带宽一类的应用设备使用一部分5GHz频谱而又不会严重影响网络性能。这将有助于防止已经在2.4GHz频段中出现的饱和与拥塞问题。Atheros也已经把5-UP标准提交给了IEEE考虑,但至于是否允许Atheros以外的任何人也将支持它还未作出决定。
对于实现者来说,802.11a使用与802.11b相同的MAC意味着需要设计的部件更少。对于接受者来说,这意味着,从802.11b升级到802.11a技术在网络操作上,没有太大的影响。802.11b使用CSMA/CA技术,并实现了一些改进吞吐率(尤其是在拥挤区域)的选项。
采用802.11b的MAC的唯一的缺点是802.11a继承了妨碍802.11b的无线解决方案的相同的低效率。802.11b的MAC只有大约百分之70的效率,所以即使在54MHz下,其所能达到的最大吞吐率也只能是接近38Mbps。考虑驱动程序的低效率和物理层上的一些附加的开销等因素,实际可期望达到的吞吐率大约是30Mbps。估计这个吞吐率是立基于802.11b网络的吞吐率上。802.11b网络的吞吐率现在大约是6Mbps,在最理想的实现中可能为11Mbps。与802.11b不同的是,802.11a不必以1MHz的速率发射它的标题,所以802.11a可以获得一些超过802.11b的理论效率;估计在吞吐率不超过35Mbps的情况下,仍然是可靠的。
在实际世界中
因为802.11a和802.11b在不同的频率上运行,所以没有机会在一起协同工作。如果你最近已经在802.11b技术上面进行了大的投资,那么就在它上面坚持一段时间。在你需要更多的带宽的时候再制定一个清晰的移植计划,但是从802.11b向802.11a转移的广泛的重组将是必不可少的。然而由于两者之间信号没有重叠,所以802.11a和802.11b技术是可以共存的。这样,在你需要增加带宽的时候,就可以在你的802.11b装置的旁边首先配置一个802.11a的小型袖珍装置。厂商声称他们能够配置有802.11a和802.11b的双无线电系统。但是,怀疑如果你真想达到54Mbps的数据速率的话,为达到发射范围和覆盖面,将必需为装置增加附加的访问点。
802.11a现在还仅仅是一个标准,也就是说现在市场上还没有产品。从技术变为产品还需要一些时间。Atheros通信公司、Radiata公司和Intersil公司都已经宣布了802.11a芯片组的计划。
朗讯技术公司还没有透露它的802.11a计划。Atheros和Radiata都声称他们已经完成了两芯片的CMOS解决方案,能够在802.11a规范的规定内达到54Mbps的发送速率。其中Atheros的方案给人印象最深,它集成了大量的辅助硬件,这些在Radiata的解决方案中是没有的。所以最有效率的基于802.11a的PC卡解决方案是基于Atheros的芯片的,而一些访问点和低价的PC卡解决方案是基于Radiata的芯片的。
两家厂商都声称他们能够以与目前的802.11b解决方案非常接近的价格提交802.11a的硬件。但是,要注意,不是从Radiata或Atheros那里买解决方案,只要他们的芯片。第三方OEM厂商将会提供这些解决方案,有他们自己的商标和他们自己的定制软件。Atheros公司已经说,他们将会在七月份向它的OEM批量提供芯片,可以期望到八月下让解决方案出现在市场上。这些解决方案在54Mbps运行时,将会使用1.76瓦的功率,比目前的802.11bPC卡所用功率大20%到40%。
802.11b在很大的程度上是受到了朗讯技术公司和Intersil公司的推动。802.11b标准的设计是使用直序(direct-sequence)广谱技术在2.4GHzISM(工业、科学和医学——Industrial、ScientificandMedical)频带上工作。另一方面,802.11a标准的设计是在更近时期分配的5GHzUNII(无执照的国家基础设施——UnlicensedNationalInformationInfrastructure)频带上工作的,802.11a离开了传统的广谱技术,使用了频分多路方案,有意要让其对官方环境友好。
图1子频道图
802.11a标准(支持的最高速率为54Mbps)是类似于802.11b(支持的最高速率是11Mbps)的快速以太网。然而快速以太网使用与以太网相同的物理层编码方案(只是比较快),而802.11b使用的是完全不同的编码方案,叫做OFDM(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing——正交频分多路技术)。
图2独立空白频道图
一个新的频率世界
802.11a的设计是工作在5GHz的频率范围内的。特别是,FCC已经为无执照的运行在5GHz频带内分配了300MHz的频带,有200MHz在5.15MHz到5.35MHz,有100MHz在5.725MHz到5.825MHz。这个频带被切分为三个工作“域”。第一个100MHz位于低段,限制最大输出功率为50mW。第二个100MHz允许输出功率250mW,最高端的100MHz分配给室外应用,允许最大输出功率1W。与之对照,802.11b卡在美国能以1W的功率发射。然而,为了节省电池和减少热损耗,大多数的新式卡都只发射最大可用功率的一部分(30mW)。
虽然是分段的,但是IEEE802.11a应用可用的总带宽几乎是ISM频带的4倍,ISM频带只提供2.4GHz范围内的83MHz的频谱。而最近分配的UNII频带提供300MHz。802.11b的频谱受到了来自无线电话、微波炉和其它的融合了无线技术的产品(例如蓝牙产品)的侵扰。它的频谱比较易受干扰,至少在目前是这样。只有时间才能告诉我们,5GHz频带是否会变得象2.4GHz频带一样拥挤。
802.11a由于工作频率较高而使其性能得到了一些改进。信息论的法则把频率、发射功率和距离以反比的关系联系在一起。所以将频谱从2.4GHz上移到5GHz使得在相同的发射功率和编码方案的情况下,发射距离变短。此外,用于把数据转换为模拟无线电波的编码机制可在每个无线周期(赫兹)编码一个或多个bit。通过旋转和操纵无线电信号,厂商可以在相同的时间片内对更多的信息编码。为保证远端主机能够对这些更为复杂的无线电信号译码,你必须在源级使用更强的功率,以补偿信号的畸变和衰减。802.11a技术把EIRP增加到了最大的50mW克服了一些距离的损失。
然而,光靠功率是不足以在802.11a环境中维持象802.11b那样的距离的。为了弥补,厂商们规定和设计了一种新的物理层编码技术,与目前采用的传统直序技术分离了。这项技术称为COFDM(即编码OFDM)。COFDM是专为室内无线应用而开发的,而且性能大大地超过了广谱解决方案的性能。COFDM的工作方式是,将一个高速的载波波段分解为几个子波段,然后以并行方式传输。每个高速载波波段是20MHz宽(见图2),被分解为52个子波段,每个大约是300KHz宽(见图1)。COFDM使用了52个子频道中的48个传输数据,其余的4个用于纠错。由于COFDM的编码方案和纠错技术,使其具备了较高的递送速率和高度的多路径反射恢复性能。
在COFDM中的每个子频道大约是300KHz宽。在速度梯度的低端,采用BPSK(二进制移相键控,binaryphaseshiftkeying)对每个频道的125Kbps数据编码,结果得到了6,000Kbps,即6Mbps的数据速率。采用正交移相键控(quadraturephaseshiftkeying),可实现双倍数据量编码,达到每个频道编码250Kbps,输出12Mbps的数据速率。采用16级的每个赫兹4bit的正交调幅编码,可以达到24Mbps的数据速率。802.11a标准规定,所有适应802.11a的产品都必须支持这些基本数据速率。标准也允许厂商扩充超过24Mbps的调制方式。但是要记住的是,每个周期(赫兹)编码的bit数越多,信号就越容易受到干扰和衰减,最终发射范围变短,因而没有提高发射功率。
Atheros通信公司是两家倡导802.11a芯片组的厂商之一,他们将按照标准的规定支持6Mbps、12Mbps和24Mbps数据速率。也支持36Mbps、48Mbps和54Mbps的数据速率。Radiata通信公司是Atheros的主要竞争对手,也将支持以上这些数据速率。802.11a网络事实上的标准似乎是54Mbps。采用64QAM(64级正交调幅)可以达到54Mbps的数据速率,此时每个周期输出8个bit或每个周期输出10个bit,每个300Kbps的频道总输出达到1.125Mbps。使用48个频道,最终达到54Mbps的数据速率。Atheros公司另外提供了一种专有模式,把两路载波组合起来达到最大理论数据速率108Mbps。保守估算,在采用它的双频道模式时,达到72Mbps的数据速率是可能的。
是国际危机吗?
采用802.11b的设备在国际上得到了接受,因为2.4Mbps的频带几乎普遍适用。在有冲突的地方,厂商可以使用用频率选择软件阻止来自在违规频率上工作的无线电波。然而5GHz的频谱就享受不到这样的待遇了。在美国,802.11a比较喜欢在空白频道上运行。但是在欧洲和亚洲,情况就不尽相同了。日本市场只享有比较低的100MHz的频谱,这就意味着,802.11a在日本面临着更多的争议。在欧洲,低端的200MHz是与FFC分配的5GHz共用的,使用的是高端的100MHz(为室外应用保留的)。802.11a在54Mbps上运行需要大约20MHz的频谱。这样一来,美国和欧洲的用户将有多达10个频道可以选择,而日本用户则只能有5个。
在欧洲。事情有一点儿复杂。由ETSI(欧洲通信标准学会,EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute)的BRAN(宽带无线电存取网络)小组领导制定了HiperLAN/2标准,对5GHz的技术选择有广泛的接受。HiperLAN/2和802.11a在物理层有一些类似之处。例如二者都采用OFDM技术达到它们的数据速率。然而在ATM和以太网之间比起来,HiperLAN/2与ATM类似的地方更多一些。事实上,HiperLAN/2脱胎于开发无线ATM的工作。HiperLAN/2将来要共享5GHz频谱内的20MHz的频道,通过类ATM的机制使用TDMA(时分多重访问,timedivisionmultipleaccess)提供QoS(服务质量)。
与之相对,802.11a将来使用CSMA/CA(免冲突的载波检测多重访问,carriersensemultipleaccesswithcollisionavoidance)共享20MHz的频道。逻辑上,HiperLAN/2使用了与802.11a所用的不同的MAC。已经证明,HiperLAN/2MAC的设计是有问题的和有争议的,而且HiperLAN/2标准到处都是不完善的。相反,802.11a使用与802.11b相同的MAC,它只需开发者完成一个任务:一个适合IEEE802.11a的5GHz的无线电装置。这个任务不简单,但是总比重新设计无线电装置和MAC控制器要容易。
更多的是,802.11a技术不象某些军用的和政府的使用部分5GHz段的地面跟踪站和卫星通信装置那样容易被国外接收到。为了保证未经授权的应用不会干扰现存的5GHz的应用,ETSI已经规定,在分配得到欧洲批准之前,必须先实现两个附加协议。这两个协议,一个是DFS(动态频率选择,DynamicFrequencySelection),一个是TPC(发射功率管理,TransmitPowerControl),允许无线客户/应用对由于改变频道引起的无线电干扰作出动态反应,使用较低的功率调制,或者二者兼用。这就保证了在新信号传人一个特定的区域时“现任的”信号能得到第一优先权。有关802.11a的DFS和TPC的实现正在讨论中,期望能够在802.11a标准中增加一个附录,允许把这些功能作为选项。
统一标准
每个制造商都有权利关心802.11a和HiperLAN/2两个标准之间的分歧。如果必须制造和支持两种单独的产品,在开发和市场两方面都是一个很大的负担,而且所增加的开发成本将会转嫁到最终用户身上。Atheros公司已经提出了一个建议的标准,称为5-UP(统一协议,UnifiedProtocol)。该标准将提供对802.11a和HiperLAN/2的扩充,让两者在低、中、高速都互相协同工作。5-UP标准也为在一个载波内发射选择子频道制定了一种方法。如果5-UP的这部分得到采纳,它可允许无线电话、蓝牙产品和其它的窄带宽一类的应用设备使用一部分5GHz频谱而又不会严重影响网络性能。这将有助于防止已经在2.4GHz频段中出现的饱和与拥塞问题。Atheros也已经把5-UP标准提交给了IEEE考虑,但至于是否允许Atheros以外的任何人也将支持它还未作出决定。
对于实现者来说,802.11a使用与802.11b相同的MAC意味着需要设计的部件更少。对于接受者来说,这意味着,从802.11b升级到802.11a技术在网络操作上,没有太大的影响。802.11b使用CSMA/CA技术,并实现了一些改进吞吐率(尤其是在拥挤区域)的选项。
采用802.11b的MAC的唯一的缺点是802.11a继承了妨碍802.11b的无线解决方案的相同的低效率。802.11b的MAC只有大约百分之70的效率,所以即使在54MHz下,其所能达到的最大吞吐率也只能是接近38Mbps。考虑驱动程序的低效率和物理层上的一些附加的开销等因素,实际可期望达到的吞吐率大约是30Mbps。估计这个吞吐率是立基于802.11b网络的吞吐率上。802.11b网络的吞吐率现在大约是6Mbps,在最理想的实现中可能为11Mbps。与802.11b不同的是,802.11a不必以1MHz的速率发射它的标题,所以802.11a可以获得一些超过802.11b的理论效率;估计在吞吐率不超过35Mbps的情况下,仍然是可靠的。
在实际世界中
因为802.11a和802.11b在不同的频率上运行,所以没有机会在一起协同工作。如果你最近已经在802.11b技术上面进行了大的投资,那么就在它上面坚持一段时间。在你需要更多的带宽的时候再制定一个清晰的移植计划,但是从802.11b向802.11a转移的广泛的重组将是必不可少的。然而由于两者之间信号没有重叠,所以802.11a和802.11b技术是可以共存的。这样,在你需要增加带宽的时候,就可以在你的802.11b装置的旁边首先配置一个802.11a的小型袖珍装置。厂商声称他们能够配置有802.11a和802.11b的双无线电系统。但是,怀疑如果你真想达到54Mbps的数据速率的话,为达到发射范围和覆盖面,将必需为装置增加附加的访问点。
802.11a现在还仅仅是一个标准,也就是说现在市场上还没有产品。从技术变为产品还需要一些时间。Atheros通信公司、Radiata公司和Intersil公司都已经宣布了802.11a芯片组的计划。
朗讯技术公司还没有透露它的802.11a计划。Atheros和Radiata都声称他们已经完成了两芯片的CMOS解决方案,能够在802.11a规范的规定内达到54Mbps的发送速率。其中Atheros的方案给人印象最深,它集成了大量的辅助硬件,这些在Radiata的解决方案中是没有的。所以最有效率的基于802.11a的PC卡解决方案是基于Atheros的芯片的,而一些访问点和低价的PC卡解决方案是基于Radiata的芯片的。
两家厂商都声称他们能够以与目前的802.11b解决方案非常接近的价格提交802.11a的硬件。但是,要注意,不是从Radiata或Atheros那里买解决方案,只要他们的芯片。第三方OEM厂商将会提供这些解决方案,有他们自己的商标和他们自己的定制软件。Atheros公司已经说,他们将会在七月份向它的OEM批量提供芯片,可以期望到八月下让解决方案出现在市场上。这些解决方案在54Mbps运行时,将会使用1.76瓦的功率,比目前的802.11bPC卡所用功率大20%到40%。