IEEE 802.11
無線區域網通用的標準
IEEE 802.11是無線區域網通用的標準,它是由IEEE所定義的無線網路通信的標準。雖然有人將Wi-Fi與802.11混為一談,但兩者並不一樣。
(圖)IEEE 802.11
1999年加上了兩個補充版本:802.11a定義了一個在5GHz ISM頻段上的數據傳輸速率可達54Mbit/s的物理層,802.11b定義了一個在2.4GHz的ISM頻段上但數據傳輸速率高達11Mbit/s的物理層。2.4GHz的ISM頻段為世界上絕大多數國家通用,因此802.11b得到了最為廣泛的應用。蘋果公司把自己開發的802.11標準起名叫AirPort。1999年工業界成立了Wi-Fi聯盟,致力解決符合802.11標準的產品的生產和設備兼容性問題。 802.11標準和補充。
IEEE 802.11 ,1997年,原始標準(2Mbit/s,工作在2.4GHz)。
IEEE 802.11a,1999年,物理層補充(54Mbit/s,工作在5GHz)。
IEEE 802.11b,1999年,物理層補充(11Mbit/s工作在2.4GHz)。
IEEE 802.11c,符合802.1D的媒體接入控制層橋接(MAC Layer Bridging)。
IEEE 802.11d,根據各國無線電規定做的調整。
IEEE 802.11g,2003年,物理層補充(54Mbit/s,工作在2.4GHz)。
IEEE 802.11h,2004年,無線覆蓋半徑的調整,室內(indoor)和室外(outdoor)通道(5GHz頻段)。
IEEE 802.11i,2004年,無線網路的安全方面的補充。
IEEE 802.11j,2004年,根據日本規定做的升級。
IEEE 802.11l,預留及準備不使用。
IEEE 802.11m,維護標準;互斥及極限。
IEEE 802.11k,該協議規範規定了無線區域網路頻譜測量規範。該規範的制訂體現了無線區域網路對頻譜資源智能化使用的需求。
除了上面的IEEE標準,另外有一個被稱為IEEE 802.11b 的技術,通過PBCC技術(Packet Binary Convolutional Code)在IEEE 802.11b(2.4GHz頻段)基礎上提供22Mbit/s的數據傳輸速率。但這事實上並不是一個IEEE的公開標準,而是一項產權私有的技術,產權屬於美國德州儀器公司。
(圖)IEEE 802.11a
由於2.4GHz頻帶已經被到處使用,採用5GHz的頻帶讓802.11a具有更少衝突的優點。然而,高載波頻率也帶來了負面效果。802.11a幾乎被限制在直線範圍內使用,這導致必須使用更多的接入點;同樣還意味著802.11a不能傳播得像802.11b那麼遠,因為它更容易被吸收。
儘管2003年的世界無線電通信會議讓802.11a在全球的應用變得更容易,不同的國家還是有不同的規定支持。美國和日本已經出現了相關規定對802.11a進行了認可,但是在其它地區,如歐盟,管理機構卻考慮使用歐洲的HIPERLAN標準,而且在2002年中期禁止在歐洲使用802.11a。在美國,2003年中期聯邦通信委員會的決定可能會為802.11a提供更多的頻譜。
在52個OFDM副載波中,48個用於傳輸數據,4個是引示副載波(pilot carrier),每一個帶寬為0.3125MHz(20MHz/64),可以是二相移相鍵控(BPSK),四相移相鍵控(QPSK),16-QAM或者64-QAM。總帶寬為20MHz,佔用帶寬為16.6MHz。符號時間為4毫秒,保護間隔0.8毫秒。實際產生和解碼正交分量的過程都是在基帶中由DSP完成,然後由發射器將頻率提升到5GHz。每一個副載波都需要用複數來表示。時域信號通過逆向快速傅里葉變換產生。接收器將信號降頻至20MHz,重新採樣並通過快速傅里葉變換來重新獲得原始係數。使用OFDM的好處包括減少接收時的多路效應,增加了頻譜效率。
802.11a產品於2001年開始銷售,比802.11b的產品還要晚,這是因為產品中5GHz的組件研製成功太慢。由於802.11b已經被廣泛採用了,802.11a沒有被廣泛的採用。再加上802.11a的一些弱點,和一些地方的規定限制,使得它的使用範圍更窄了。802.11a設備廠商為了應對這樣的市場匱乏,對技術進行了改進(現在的802.11a技術已經與802.11b在很多特性上都很相近了),並開發了可以使用不止一種802.11標準的技術。現在已經有了可以同時支持802.11a和b,或者a、b、g都支持的雙頻,雙模式或者三模式的的無線網卡,它們可以自動根據情況選擇標準。同樣,也出現了移動適配器和接入設備能同時支持所有的這些標準。
(圖)IEEE 802.11b
IEEE 802.11g在2003年7月被通過。其載波的頻率為2.4GHz(跟802.11b相同),原始傳送速度為54Mbit/s,凈傳輸速度約為24.7Mbit/s(跟802.11a相同)。802.11g的設備向下與802.11b兼容。
其後有些無線路由器廠商因應市場需要而在IEEE 802.11g的標準上另行開發新標準,並將理論傳輸速度提升至108Mbit/s 或125Mbit/s。
(圖)IEEE 802.11i
無線網路中的安全問題從暴露到最終解決經歷了相當的時間,而各大廠通信晶元商顯然無法接受在這期間什麼都不出售,所以迫不及待的Wi-Fi廠商採用802.11i的草案3為藍圖設計了一系列通信設備,隨後稱之為支持WPA(Wi-Fi Protected Access)的;之後稱將支持802.11i最終版協議的通信設備稱為支持WPA2(Wi-Fi Protected Access 2)的。
(圖)IEEE 802.11n
在802.11n有兩個提議在互相競爭中:
WWiSE (World-Wide Spectrum Efficiency) 以Broadcom為首的一些廠商支持。
TGn Sync 由Intel與Philips所支持。
802.11n增加了對於MIMO的標準,使用多個發射和接收天線來允許更高的數據傳輸率,並使用了Alamouti coding coding schemes 來增加傳輸範圍。
(圖)IEEE 802.11
這些測量報告使在IEEE 802.11規範下的無線網路終端可以收集臨近AP的信息(信標報告)和臨近終端鏈路性質信息(幀報告,隱藏終端報告和終端統計報告)。測量終端還可以提供通道干擾水平(雜訊柱狀報告)和通道使用情況(通道負荷報告和媒介感知柱狀圖)。
(圖)IEEE 802.11
由於頻譜屏蔽只規定到±22 MHz處的能量限制,所以通常認定使用頻寬不會超過這個範圍。實際上,當發射端距離接收端非常近時,接收端接受到的有效能量頻譜,有可能會超過22 MHz的區域。所以,一般認定頻道1,6和11互不重疊的說法。應該要修正為:頻道1,6和11,三個頻段互相之間的影響比使用其它頻段來得小。然而,要注意的是,一個使用頻道1的高功率發射端,可以輕易地干擾到一個使用頻道6的,功率較低的發射站。在實驗室的測試中發現,當使用頻道11來傳遞檔案時,一個使用頻道1的發射台也在通訊時,會影響到頻道11的檔案傳輸,讓傳輸速率稍稍降低。所以,即使是頻段相差最遠的頻道1和11,也是會互相干擾的。
雖然頻道1,6和11互不重迭的說法是不正確的,但是這個說法至少可以用來說明:頻道距離在1,6和11之間雖然會對彼此造成干擾,而卻不會大大地影響到通訊的傳輸速率。