計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及工程實(shí)踐教程講座(11)主講內(nèi)容無線網(wǎng)絡(luò)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與工程實(shí)踐教程講座

(11)

黎連業(yè)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與工程實(shí)踐教程講座教材

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與工程實(shí)踐教程

》第1版

科學(xué)出版社(2007.12)

第11章無線網(wǎng)絡(luò)

本章重點(diǎn)討論以下內(nèi)容：無線網(wǎng)絡(luò)的概述;無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議;無線應(yīng)用協(xié)議（WAP）;無線網(wǎng)卡的組成與工作原理;寬帶無線技術(shù)與寬帶無線接入技術(shù)LMDS;微波擴(kuò)頻通信技術(shù);無線網(wǎng)絡(luò)典型連接方式;無線聯(lián)網(wǎng)方案。11.1無線網(wǎng)絡(luò)的概述近年來，由于無線通信技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了移動上網(wǎng)，無線Internet。而11Mbit/s、54Mbit/s無線局域網(wǎng)的推出，使無線網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了新的生機(jī)，而且勢頭較猛。無線網(wǎng)絡(luò)采用與有線網(wǎng)絡(luò)同樣的工作方法，它們按PC、服務(wù)器、工作站、無線適配器和訪問點(diǎn)通過電纜連接建立網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)該說，計(jì)算機(jī)無線聯(lián)網(wǎng)方式是有線聯(lián)網(wǎng)方式的一種補(bǔ)充，它是在有線網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，使網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)具有可移動性。能快速、方便地解決有線聯(lián)網(wǎng)方式不易實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)信道的連通問題。無線聯(lián)網(wǎng)要解決以下兩個(gè)主要問題。（1）通信信道的實(shí)現(xiàn)與性能。（2）提供像有線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)那樣的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能。對于第一點(diǎn)的基本要求是：工作穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸率高（大于1Mbit/s）、抗干擾、誤碼率低、頻道利用率高、具有保密性，收發(fā)的單一性、可以進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)提取。對于第二點(diǎn)的基本要求是：現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)能在其中運(yùn)行，即要兼容有線網(wǎng)絡(luò)的軟件，使用戶能透明地操作而無須考慮網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

無線聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)具有如下特點(diǎn):（1）頻率為工業(yè)自由輻射頻率，不用專門申請;（2）該網(wǎng)絡(luò)支持現(xiàn)有各種計(jì)算機(jī)需要的網(wǎng)絡(luò)軟件;（3）建立透明式網(wǎng)絡(luò)鏈路;（4）能夠完成局域網(wǎng)互聯(lián)的高速率傳輸;（5）采用擴(kuò)展頻譜通信技術(shù);（6）用無線電波通信、不用電纜;（7）施工快速、簡便、維修方便;（8）采用寬帶數(shù)據(jù)通信，抗干擾性能好;（9）低功耗，0.1W可實(shí)現(xiàn)30km通信;（10）無須改變原網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。

無線網(wǎng)絡(luò)適用范圍有：（1）適用工礦、企業(yè)、廣域遠(yuǎn)距離聯(lián)網(wǎng);（2）適合銀行、保險(xiǎn)、工商、稅務(wù)、證券系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò);。（3）用于水利、電力、鐵路、油田遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò);（4）用于大專院校、科研院所網(wǎng)絡(luò);（5）用于海關(guān)、港口、機(jī)場聯(lián)網(wǎng);（6）用于高速公路、城市聯(lián)網(wǎng);（7）適用于公安、消防、環(huán)境監(jiān)測、軍事移動通信網(wǎng)絡(luò);（8）用于江、河、湖、海、海峽、山谷等復(fù)雜地形環(huán)境聯(lián)網(wǎng);（9）適用于難以鋪設(shè)電纜的各種地區(qū)和環(huán)境聯(lián)網(wǎng)。

無線網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)天線覆蓋范圍請參見科學(xué)出版社《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與工程實(shí)踐》(2007.12)第1版的表11-1。無線網(wǎng)絡(luò)室外天線傳輸距離請參見科學(xué)出版社《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與工程實(shí)踐》(2007.12)第1版的表11-2。

11.1.1無線局域網(wǎng)隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人們對網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的要求不斷提高，希望不論在何時(shí)、何地，都能與任何人進(jìn)行包括數(shù)據(jù)、語音和圖像等任何內(nèi)容的通信，并希望主機(jī)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中移動和漫游。無線局域網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)移動網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著IEEE等國際機(jī)構(gòu)對于無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制定，市場上無線局域網(wǎng)產(chǎn)品的兼容性大大提高，極大地促進(jìn)了無線局域網(wǎng)產(chǎn)品和市場的發(fā)展。眾多低價(jià)位無線局域網(wǎng)產(chǎn)品的出現(xiàn)，使得越來越多的用戶考慮使用無線局域網(wǎng)產(chǎn)品來滿足應(yīng)用上的需求。

總的來說，無線局域網(wǎng)在以下幾個(gè)方面有非?，F(xiàn)實(shí)的意義:在不能使用傳統(tǒng)布線或者是使用傳統(tǒng)布線困難很大的地方。租用專線耗資高的地方。重復(fù)的臨時(shí)建立和安排的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，使用有線不方便、成本高、耗時(shí)長的地方。局域網(wǎng)用戶需要在一定范圍內(nèi)進(jìn)行移動通信的環(huán)境。但是，目前無線局域網(wǎng)在數(shù)據(jù)傳輸速率、傳輸范圍、安全性等方面都還不如有線局域網(wǎng)，所以無線局域網(wǎng)在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)會與有線局域網(wǎng)共存。對于智能建筑應(yīng)用環(huán)境，特別是眾多的公共場所或?qū)I(yè)場所，如機(jī)場、車站、會議大廳、會展中心、圖書館以及大開間的辦公室等地方，會越來越多地使用無線局域網(wǎng)，滿足用戶無線終端入網(wǎng)的需求。

無線局域網(wǎng)技術(shù)有：（1）無線個(gè)人網(wǎng)（WPAN，WirelessPersonalAreaNetwork）。主要用于個(gè)人信息化設(shè)備的無線網(wǎng)絡(luò)連接，目前發(fā)展的主流技術(shù)是藍(lán)牙。無線局域網(wǎng)。IEEE802.11a/b/g。主要用于一個(gè)局域物理區(qū)域內(nèi)信息設(shè)備的無線網(wǎng)絡(luò)連接。（2）無線廣域網(wǎng)（WWAN，WirelessWideAreaNetwork）。GSM/GPRS/CDMA/UMTS。主要用于廣域范圍內(nèi)信息設(shè)備的無線網(wǎng)絡(luò)連接。

11.1.2無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程無線局域網(wǎng)是1990年出現(xiàn)的，但是，無線局域網(wǎng)的研究可以追溯到20世紀(jì)70年代早期，主要的領(lǐng)導(dǎo)者是AT&T的貝爾實(shí)驗(yàn)室，早期的產(chǎn)品為頻分多址（FDNA）模擬蜂窩系統(tǒng)技術(shù)。20世紀(jì)70年代后期瑞士IBMRuschlikon實(shí)驗(yàn)室的Gfeller第一次提出了無線局域網(wǎng)的概念，并且在北歐部署了第一個(gè)移動電話系統(tǒng)。語音的無線網(wǎng)絡(luò)歷史從此展開，直到1998年開始3G標(biāo)準(zhǔn)化。面向語音的歷史進(jìn)展請參見科學(xué)出版社《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與工程實(shí)踐》(2007.12)第1版的表11-3。語音無線網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，推動數(shù)據(jù)無線局域網(wǎng)的發(fā)展，并獲得了很大的成功，其歷史進(jìn)展請參見科學(xué)出版社《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與工程實(shí)踐》(2007.12)第1版的表11-4。

11.1.3無線網(wǎng)絡(luò)分代1.第一代蜂窩網(wǎng)絡(luò)在北歐出現(xiàn)后，便掀起了移動通信的研究，并以全球移動通信系統(tǒng)（GSM，GlobleSystemofMobilecommunications）為導(dǎo)向，人們習(xí)慣地把這一階段研究稱之為第一代（1G）系統(tǒng)。第一代系統(tǒng)是面向語音的模擬蜂窩和無繩電話。第一代系統(tǒng)在下行鏈路（從基站到移動臺）和上行鏈路（從移動臺到基站）中使用了兩分開的頻段。這種系統(tǒng)采用的是頻分雙工（FDDFrequencyDuplexing）模擬。典型的在每個(gè)方向上都分配整個(gè)頻段。例如AMPS、TACS和NTM-900在每個(gè)方向上的頻段都是25MHz。這些系統(tǒng)的主要工作頻率是800MHz和900MHz頻段。理想情況下，頻段和使用地區(qū)請參見科學(xué)出版社《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與工程實(shí)踐》(2007.12)第1版的表11-5。

第一代系統(tǒng)通常也稱為模擬蜂窩系統(tǒng)，在這一階段中還提供了移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，但只能提供單向的短信息數(shù)據(jù)，在這基礎(chǔ)上人們就把研究的注意力放到面向語音和面向數(shù)據(jù)的研究上來，這一過程被稱為第二代（2G）系統(tǒng)。

2.第二代

第二代系統(tǒng)主要表現(xiàn)為4個(gè)方面，它們是：數(shù)字蜂窩移動系統(tǒng)、PCS、移動數(shù)據(jù)和無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)內(nèi)容將放在下一節(jié)講述。數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)有4個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)，它們是GSM、IS-54、JDC、IS-95。GSM是歐洲數(shù)字移動通信標(biāo)準(zhǔn)，后來擴(kuò)展到亞洲，也稱為泛歐數(shù)字移動通信標(biāo)準(zhǔn)；IS-54是北美地區(qū)的數(shù)字移動通信標(biāo)準(zhǔn)；JDC是日本的數(shù)字移動通信標(biāo)準(zhǔn)；IS-95是美國和亞洲的數(shù)字移動建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。GSM、IS-54、JDC系統(tǒng)使用的是JDMA技術(shù)、IS-95系統(tǒng)使用的是CDMA技術(shù)。第二代數(shù)字蜂窩移動通信標(biāo)準(zhǔn)的主要情況請參見科學(xué)出版社《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與工程實(shí)踐》(2007.12)第1版的表11-6。

2G的PCS個(gè)人通信業(yè)務(wù)（PCS，PersonalCommunicationsServices）是從1G的模擬無繩電話技術(shù)發(fā)展而來，它與蜂窩移動通信在技術(shù)特性上有所差別。其比較結(jié)果請參見科學(xué)出版社《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與工程實(shí)踐》(2007.12)第1版的表11-7。對于PCS的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范有4個(gè)，它們是：CT-2和CT-2+，是歐洲和加拿大的標(biāo)準(zhǔn)，也是第一個(gè)無繩電話標(biāo)準(zhǔn)；DECT，是歐洲的標(biāo)準(zhǔn)；PHS，日本的標(biāo)準(zhǔn)；PACS，美國的標(biāo)準(zhǔn)。它們的主要情況請參見科學(xué)出版社《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與工程實(shí)踐》(2007.12)第1版的表11-8。

移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)能夠?yàn)橛脩艚尤敕纸M交換數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)提供合適的數(shù)據(jù)速率和廣泛的覆蓋范圍。移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)在尋呼業(yè)務(wù)取得成功之后，提供一種大信息量的雙向連接，并先后出現(xiàn)了ARKIS、Mobitex、CDPD、TETRA、GPRS、Metricom。它們在移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)上的差別，請參見科學(xué)出版社《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與工程實(shí)踐》(2007.12)第1版的表11-9。

3．第三代第三代系統(tǒng)（3G）無線網(wǎng)絡(luò)把蜂窩電話和PCS語音業(yè)務(wù)和各種分組交換數(shù)據(jù)綜合在一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)中，3G的主要技術(shù)是寬帶碼分多址（WCDMA，WidebandCodeDivisionMultipleAccess），最基本的要求是可支持不同速率的應(yīng)用（從384kbit/s的電路交換連接到帶寬為2Mbit/s的連接）和不同的運(yùn)行環(huán)境。3GSM（WCDMA）和EDGE是被國際電信聯(lián)盟（ITU）認(rèn)可的國際移動通信（IMT-2000）的3G標(biāo)準(zhǔn)，要求將語音和數(shù)據(jù)結(jié)合在一起。許多運(yùn)營商、開發(fā)商都認(rèn)可這項(xiàng)技術(shù)，并選擇3GSM作為過渡到3G的升級途徑，在2003年9月8日~10日的北京無線網(wǎng)絡(luò)會議中，許多廠商的技術(shù)資料都證實(shí)了這一點(diǎn)。

11.1.4幾種無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)1990年，IEEE執(zhí)行委員會成立了802.11工作組，其目標(biāo)是創(chuàng)建無線局域網(wǎng)（WLAN）標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定為“所提議的無線LAN標(biāo)準(zhǔn)的作用范圍是為局域網(wǎng)固定的、便攜式和可移動站點(diǎn)的無線連接開發(fā)的規(guī)范”。最終的標(biāo)準(zhǔn)，即正式稱為IEEE無線LAN介質(zhì)訪問控制（MAC）和物理層（PHY）規(guī)范，并像802的IEEE標(biāo)準(zhǔn)一樣（如802.3、802.5），規(guī)定了一些至關(guān)重要的技術(shù)機(jī)制。

歷經(jīng)十幾年的發(fā)展，802.11已經(jīng)從最初的802.11a、802.11b發(fā)展到了目前的802.11i等8種標(biāo)準(zhǔn)。802.11a：5GHz波段上的物理層規(guī)范。802.11b：2.4GHz波段上的物理層規(guī)范。802.11d：當(dāng)前802.11標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的操作僅在幾個(gè)國家中是合法的，該標(biāo)準(zhǔn)旨在擴(kuò)充802.11無線局域網(wǎng)在其他國家的應(yīng)用。802.11e：改進(jìn)和管理WLAN的服務(wù)質(zhì)量，保證能在802.11無線網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行話音、音頻、視頻等多媒體業(yè)務(wù)的傳輸。802.11f：實(shí)現(xiàn)不同廠商無線局域網(wǎng)之間的互操作，保證網(wǎng)絡(luò)內(nèi)訪問點(diǎn)之間信息的互換。802.11g：是802.11的擴(kuò)充，通過提高數(shù)據(jù)率，來增強(qiáng)802.11b兼容網(wǎng)絡(luò)的性能和應(yīng)用。802.11h：增強(qiáng)5GHz波段的802.11MAC規(guī)范及802.11b高速物理層規(guī)范。802.11i：增強(qiáng)WLAN的安全和鑒別機(jī)制。

802.11a在使用頻率的選擇和數(shù)據(jù)傳輸速率上都優(yōu)于802.11b，但不兼容802.11b。無線局域網(wǎng)最常用的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.11、IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g等幾種。目前市場上的產(chǎn)品絕大部分均遵循IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)，即數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)5~11Mbit/s，IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，使得無線局域網(wǎng)的應(yīng)用和普及發(fā)展到了一個(gè)新的階段。標(biāo)準(zhǔn)使無線局域網(wǎng)的用戶能夠自由、靈活地選擇不同廠家的產(chǎn)品。無線局域網(wǎng)的主流廠商組成了一個(gè)稱做無線以太網(wǎng)兼容性聯(lián)盟（WECA）的國際性組織。WECA的任務(wù)是負(fù)責(zé)認(rèn)證無線局域網(wǎng)產(chǎn)品的互操作性和兼容性，并推動無線局域網(wǎng)在企業(yè)和家庭中的應(yīng)用。繼IEEE802.11b后，具有54Mbit/s傳輸速率的符合IEEE802.11a和IEEE802.11g標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)技術(shù)及其產(chǎn)品在市場已流行了幾年。此外，家居無線網(wǎng)絡(luò)HomeRF2等無線局域網(wǎng)技術(shù)也在廣泛應(yīng)用。

幾種無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的性能比較請參見科學(xué)出版社《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與工程實(shí)踐》(2007.12)第1版的表11-10。

11.1.5無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)目前，計(jì)算機(jī)無線通信傳輸手段有兩種。（1）無線電波，即短波或超短波、微波。（2）光波，即激光、紅外線。短波，超短波類似電臺或電視臺廣播。采用調(diào)幅、調(diào)頻或調(diào)相的載波，通信距離可達(dá)數(shù)十千米。這種通信方式早已用于計(jì)算機(jī)通信，但其速率慢、保密性差、沒有通信的單一性、易受其他電臺或電氣設(shè)備的干擾，可靠性差。另外頻道、頻度都要專門申請，因此一般不用作無線聯(lián)網(wǎng)。微波是以微波收發(fā)機(jī)作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信信道。因?yàn)槲⒉ǖ念l率很高，所以能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸高速率，受氣候條件環(huán)境影響很小。它的頻率范圍為300MHz~300GHz內(nèi)。微波波段又可分為分米波、厘米波、毫米波，還有用字母命名更細(xì)分微波各波段的。微波各波段請參見科學(xué)出版社《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與工程實(shí)踐》(2007.12)第1版的表11-11。

微波的波長很短，具有如下特性:（1）直線傳播。（2）頻譜寬，攜帶信息容量大。（3）微波器件受尺寸大小的影響。（4）微波受金屬物體屏蔽，雖能穿越非金屬物體，但耗損大。（5）可穿透大氣層，向外空傳播。

由于激光和紅外線易受天氣影響、也不具備穿透能力，因此在無線網(wǎng)絡(luò)中一般不用。根據(jù)前面敘述，可以看到無線網(wǎng)絡(luò)傳輸媒介性能最好的是微波。以微波頻段為媒介，采用直序擴(kuò)展頻譜或跳頻方式發(fā)射的傳輸技術(shù)，并以此技術(shù)制作了發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、遵照IEEE802.3以太網(wǎng)協(xié)議，許多公司開發(fā)了整套的計(jì)算機(jī)無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。其通信方面的主要技術(shù)特點(diǎn)是：用900MHz或2.45GHz微波作傳輸媒介，以先進(jìn)的直序擴(kuò)展頻譜（DSSS）或跳頻（FH）方式發(fā)射信號，其擴(kuò)展編碼（SpreadingCode）位長為216，射頻帶寬為26MHz。與傳統(tǒng)的無線電窄帶調(diào)制發(fā)射方式不同，這是寬帶調(diào)制發(fā)射。故它具有傳輸速率高（達(dá)2Mbit/s），發(fā)射功率?。ㄖ挥?00~200mW），保密性好，抗干擾能力很強(qiáng)，不與其他無線電設(shè)備及用戶互相干擾的特點(diǎn)。更方便的是易于多點(diǎn)通信，這是因?yàn)樗鸵话銦o線電通信采用的頻分式或時(shí)分式不同，擴(kuò)頻調(diào)制是碼分方式。很多用戶可以使用相同的通信頻率，只要設(shè)置不同的標(biāo)識碼ID，就可以產(chǎn)生不同的偽隨機(jī)碼來控制擴(kuò)頻調(diào)制，即能做到互不干擾的同時(shí)通信。其通信距離和覆蓋范圍視所選用的天線不同而異；定向傳送距離為5~40km；室外的全向天線可覆蓋1.5~10km的半徑范圍；室內(nèi)全向可覆蓋最大半徑為250m的5000m2范圍。電波能穿透幾層墻或兩層樓的混凝土樓板。由此可見，微波擴(kuò)頻通信技術(shù)為計(jì)算機(jī)無線網(wǎng)提供了良好的通信信道。

11.1.6無線局域網(wǎng)物理層無線局域網(wǎng)的物理層共有3種接口方式。（1）跳頻擴(kuò)頻（FHSS）物理層接口。FHSS規(guī)范定義了物理層幀的格式，通過跳頻功能和頻移鍵控調(diào)制技術(shù)，即PMD利用它們將二進(jìn)制數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換為適合無線電波傳播的信號，通過PMD使用FHSS發(fā)送數(shù)據(jù)幀。

（2）直接序列擴(kuò)頻（DSSS）物理層接口。DSSSPLCP規(guī)范定義了物理層幀的格式。DSSSPMD解釋工作站如何利用DSSS發(fā)送幀。通過PMD將二進(jìn)制數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換成適合無線電波傳播的信號。

（3）紅外線（IR）物理層接口。通過對PMD工作站利用紅外線物理層發(fā)送幀以及PMD利用調(diào)制技術(shù)將二進(jìn)制數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換成適合紅外線光傳播的信號。為了能夠說明無線局域網(wǎng)物理層物理接口，還需要介紹物理層物理接口特性。

1.跳頻擴(kuò)頻的特性FHSS有以下特性:成本低；能量耗廢量低；最強(qiáng)的抗干擾能力；單物理層數(shù)據(jù)傳輸率具有最小的電壓；多物理層具有最大的集成能力；發(fā)送范圍小于DSSS，但大于IR。

2.直接序列擴(kuò)頻的特性直接序列擴(kuò)頻（DSSS）與跳頻擴(kuò)頻相比，具有以下特點(diǎn):成本最高；能量消耗最大；接收口的數(shù)據(jù)率最高；和跳頻擴(kuò)頻相比，它的多物理層集成能力低；其可支持的不同地理位置無線電小區(qū)的個(gè)數(shù)最少，所以限制了可提供的信道數(shù)；其發(fā)送距離比跳頻擴(kuò)頻和紅外線物理層都大。它的通信方式采用的是不覆蓋脈沖，數(shù)據(jù)碼速率是11Mbit/s。占用的帶寬大概為26MHz，ISM的2.4GHz頻段分成11個(gè)相互覆蓋的頻道。每兩個(gè)信道之間的中心頻帶間隔是5MHz。

3.紅外線的特性紅外線接口具有以下特性:成本低；對RF（RadioFrequency，無線頻率）干擾的容忍度最高；相對擴(kuò)頻無線電系統(tǒng)，紅外線的傳播距離最短；抗竊聽能力最強(qiáng)；多工作在有頂蓬的地方（主要是在戶內(nèi)），頂蓬作為紅外線信號的反射點(diǎn)；在世界范圍內(nèi)都沒有頻率限制。IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)推薦技術(shù)，使用時(shí)它的光波長規(guī)定在850~950mm之間。

11.2無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議

IEEE原計(jì)劃1993年推出的關(guān)于無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)802.11技術(shù)規(guī)范，由于各種原因，直到1997年7月才正式出臺，但現(xiàn)在已成為無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)循序漸進(jìn)發(fā)展和市場不斷開拓的基礎(chǔ)。這個(gè)技術(shù)規(guī)范旨在解決不同廠商1Ｍbit/s、2Mbit/s和10Mbit/s無線局域網(wǎng)產(chǎn)品的兼容問題，同時(shí)也對網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的價(jià)格下調(diào)問題產(chǎn)生了積極的影響，有助于市場的發(fā)展。

IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)為無線局域網(wǎng)定義了物理層（PHY）和介質(zhì)訪問控制層（MAC）的結(jié)構(gòu)。對于物理層定義了3種不同的傳輸方式:采用紅外線傳輸方式或兩種不同的射頻信號傳輸方式；直序擴(kuò)頻技術(shù)（DSSS）；跳頻擴(kuò)頻技術(shù)（FHSS）。同時(shí)還定義了直序擴(kuò)頻技術(shù)（DSSS），如采用DBPSK（差分二相移相鍵控）編碼方式，其傳輸峰值速率可達(dá)到1Mbit/s，而采用DQPSK（差分正交移相鍵控）編碼方式則傳輸速率可達(dá)2Mbit/s。同時(shí)FHSSPHY還可以利用GFSK二級或四級調(diào)制方式允許2Mbit/s工作速率，以便滿足市場對不同性能價(jià)格比產(chǎn)品的需求。

IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的介質(zhì)訪問控制（MAC）單元使得無線網(wǎng)絡(luò)可通過其橋接器與標(biāo)準(zhǔn)的有線網(wǎng)絡(luò)（LAN）一起工作，以保證有線網(wǎng)與無線網(wǎng)節(jié)點(diǎn)邏輯上的無差別性及互操作性。但無線網(wǎng)的MAC與有線網(wǎng)的MAC有所不同，但此不同均被轉(zhuǎn)接處的存取點(diǎn)遮掩掉了。無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)采用CSMA/CA（帶有回避沖突的載波偵聽多路訪問）的MAC方式，同時(shí)IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)還提供漫游功能等多方面優(yōu)勢，它允許一臺客戶機(jī)在多個(gè)無線子網(wǎng)中漫游，同時(shí)還可以工作在同一或不同的信道中。但標(biāo)準(zhǔn)并不保證客戶機(jī)在多個(gè)子網(wǎng)中由不同的產(chǎn)品供應(yīng)商提供的產(chǎn)品之間漫游。

美國朗訊科技、Aironet、數(shù)字海洋（DigitalOcean）等無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的主要公司已聯(lián)手開發(fā)了“接入點(diǎn)互聯(lián)協(xié)議（IAPP，InterAccessPointProtocol）”規(guī)范。IAPP規(guī)范將推廣到更多廠家，使它們產(chǎn)品具有互通性，對于“接入點(diǎn)”則應(yīng)考慮以下幾點(diǎn):原始投資低，操作簡便，維護(hù)費(fèi)用低；可迅速安裝；易于一體化。

由于許多無線局域網(wǎng)用戶使用便攜式終端及工作站，IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)給無線MAC增加了多項(xiàng)功能，使便攜電腦通過電源管理功能延長電池壽命。對于無線網(wǎng)系統(tǒng)，在特定或用戶自定義的時(shí)間段內(nèi)沒有活動時(shí)，典型的系統(tǒng)電源管理方式使系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)（低電壓或斷電狀態(tài)）。但不幸的是休眠有可能導(dǎo)致關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)丟失，為支持周期性進(jìn)入休眠狀態(tài)的客戶機(jī)，IEEE802.11規(guī)定接入點(diǎn)（AP）需要緩沖器，讓傳輸?shù)膱?bào)文排隊(duì)。而朗訊科技的WaveLAN產(chǎn)品的休眠則可能間斷性地清醒及恢復(fù)任何信息，接入點(diǎn)設(shè)備（AP）也允許經(jīng)特別處理后消除被恢復(fù)的信息。

MAC層協(xié)議則使用CSMA/CA信令，與標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)協(xié)議（CSMA/CD）可無縫連接運(yùn)作。盡管無線局域網(wǎng)與有線局域網(wǎng)有些不同，也需要一個(gè)接入連接點(diǎn)（AP）連接，但其兼容性會使得WaveLAN在與LAN結(jié)合運(yùn)行連成一網(wǎng)時(shí)，易于安裝、運(yùn)行和管理，而且還能有更多的特性，諸如異地漫游、電源管理等。如是符合802.11WLAN標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品則能使終端工作站在多個(gè)不同的接入點(diǎn)（AP）的相同或不同的信道中，每個(gè)AP點(diǎn)每隔100ms發(fā)射一個(gè)控制信號，每個(gè)控制信號包括一個(gè)同步信號標(biāo)志、傳輸指令及支持的傳輸速率的信息。漫游用戶將利用控制號規(guī)定其實(shí)時(shí)的連接，如果連接的信號很弱，漫游的工作站則會自動連接到另一個(gè)AP點(diǎn)。

目前，用于無線局域網(wǎng)的網(wǎng)卡（NIC）在功能上要求做到以下幾點(diǎn):從驅(qū)動程序接收時(shí)間并裝幀發(fā)送；從擴(kuò)頻通信機(jī)接收數(shù)據(jù)，拆幀并送至驅(qū)動程序；介質(zhì)訪問控制（MAC）；與主機(jī)的總線接口；移動管理——越區(qū)切換、用戶登錄與認(rèn)證；網(wǎng)絡(luò)同步——指本站與基站和WLAN的其他站達(dá)到時(shí)鐘同步；節(jié)能管理——當(dāng)無業(yè)務(wù)量或者業(yè)務(wù)量少時(shí)，使物理層處于睡眠狀態(tài)或節(jié)能工作模式。

關(guān)于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的介質(zhì)訪問控制協(xié)議簡述如下:介質(zhì)訪問控制協(xié)議即IEEE802.11MAC，其基礎(chǔ)是CSMA/CA，在它之上可配置無競爭信道訪問的接入機(jī)制，這就是中心網(wǎng)控方式（PCF）。在PCF方式中，時(shí)間域被劃分為超幀格式。在超幀的無競爭期，由中心控制節(jié)點(diǎn)（一般是AP）進(jìn)行輪詢，某一時(shí)刻僅允許一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送。而在超幀的競爭期，使用改進(jìn)的CSMA/CA方式，或稱分布接入方式（DCF）。這樣，IEEE802.11除了能以競爭接入方式支持異步業(yè)務(wù)外，還能以無競爭的訪問方式支持同步業(yè)務(wù)或時(shí)限業(yè)務(wù)。時(shí)限業(yè)務(wù)對于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和語音通信是至關(guān)重要的。

下面對介質(zhì)訪問控制協(xié)議作4點(diǎn)說明。1.CSMA/CA與DCF基本的CSMA/CA與訪問控制IEEE802.11MAC有兩種訪問控制方式，即DCF和PCF，二者的基礎(chǔ)是CSMA/CA。IEEE802.11MAC采用的基本的CSMA/CA算法非常簡單：當(dāng)監(jiān)測到信道空閑時(shí)間大于某一幀間隔（IFS）后立即開始發(fā)送幀；否則延遲接入直至監(jiān)測到需要的幀間隔，然后選擇退避時(shí)延進(jìn)入退避；退避結(jié)束后重新開始上述過程?；镜腃SMA/CA利用物理層提供的載波監(jiān)測指示信號CS監(jiān)測信道的忙閑。IEEE802.11MAC規(guī)定了3種訪問優(yōu)先級，根據(jù)優(yōu)先級不同，IFS也不同。

Short優(yōu)先級：是需要立即響應(yīng)業(yè)務(wù)（如某些控制幀）的優(yōu)先級。例如，MAC層的ACK幀，或當(dāng)采用PCF時(shí)主機(jī)對輪詢的響應(yīng)幀等。該優(yōu)先級的幀間隔被稱為SIFS。PCF優(yōu)先級：PCF接入方式的優(yōu)先級。該優(yōu)先級的幀間隔被稱為DIFS。DFS是動態(tài)頻率選擇，優(yōu)先級最高。上述各IFS滿足：DFS>DIFS>SIFS。

增強(qiáng)型CSMA/CA為了增強(qiáng)基本CSMA/CA對異步業(yè)務(wù)傳輸?shù)目煽啃?，IEEE802.11MAC建立在CSMA/CA的基礎(chǔ)上并使用MAC層確認(rèn)機(jī)制，也就是CSMA/CA＋ACK，這樣可以在MAC層對幀丟失予以檢測并重發(fā)送。此外，為了進(jìn)一步減小在各種環(huán)境下的碰撞概率，源站與目的站可在數(shù)據(jù)傳送前交換簡短的控制幀，即RTS/CTS，它們以Short優(yōu)先級接入信道。RTS/CTS幀中的Duration字段被各站點(diǎn)（目的站除外）用于設(shè)置它們的網(wǎng)絡(luò)分配矢量（NAV，NetAllocationVector），以確定信道將被占用多長時(shí)間，這樣，載波監(jiān)測的功能可由監(jiān)測、維護(hù)CS及NAV實(shí)現(xiàn)。IEEE802.11MAC要求DCF方式必須支持基本的CSMA/CA，可選地支持增強(qiáng)型CSMA/CA，即CSMA/CA＋ACK與CSMA/CA＋ACK＋RTS/CTS。

延遲接入與退避算法如上所述，欲發(fā)送幀的站檢測到信道忙時(shí)就會延遲接入，直到監(jiān)測到信道空閑時(shí)間大于DIFS/SIFS后，選擇一個(gè)退避時(shí)間值，然后進(jìn)入退避狀態(tài)。這樣可解決正在處于延遲的多個(gè)站間的競爭。在退避狀態(tài)下，只有當(dāng)檢測到信道空閑時(shí)，退避計(jì)時(shí)器才計(jì)時(shí)。如果檢測到信道忙，則退避計(jì)時(shí)器將停止計(jì)時(shí)，直到檢測到信道空閑時(shí)間大于DIFS后，計(jì)時(shí)器才重新繼續(xù)計(jì)時(shí)。這一做法的作用是：當(dāng)多個(gè)站延遲并進(jìn)入隨機(jī)退避狀態(tài)后，退避時(shí)間值（Backoff）最小的站將在競爭中獲勝，從而獲得對介質(zhì)的訪問權(quán)，在競爭中失敗的站會保持在退避狀態(tài)直到下一個(gè)DIFS。這樣，這些主站就有可能比第一次進(jìn)入退避的新站具有更短的退避時(shí)間。另外，退避過程也可重傳。

防止重幀因?yàn)樵贗EEE802.11MAC中引入了確認(rèn)和重傳，所以可能產(chǎn)生重幀現(xiàn)象，即接收站可能會收到多個(gè)相同的幀。IEEE802.11MAC利用幀中的MPDU-ID域防止重幀現(xiàn)象。同一MPDU中的幀具有相同的MPDU-ID值，在不同MPDU中的幀，其MPDU-ID值不同。接收站保持一個(gè)ＭPDU-ID緩沖區(qū)，它將拒收那些ＭPDU-ID值與緩沖區(qū)某一MPDU-ID值相同的重傳幀。

2.中心網(wǎng)控方式（PCF）PCF支持的業(yè)務(wù)模型

IEEE802.11MAC的業(yè)務(wù)模型請參見科學(xué)出版社《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與工程實(shí)踐》(2007.12)第1版的圖11-1，PCF方式由CSMA/CA協(xié)議提供的訪問優(yōu)先級實(shí)現(xiàn)，它可支持無競爭型時(shí)限業(yè)務(wù)及無競爭型異步業(yè)務(wù)。而DCF僅支持競爭型異步業(yè)務(wù)。

超幀結(jié)構(gòu)IEEE802.11MAC使用圖11-2所示的超幀實(shí)現(xiàn)PCF。在一個(gè)超幀期間（SFP），PCF使用無競爭期（CFP），DCF使用競爭期（CP）。在超幀開始時(shí)，如果信道空閑，則PCF獲得信道訪問權(quán)；否則，PCF會延遲，直到它檢測到信道空閑時(shí)間大于PIFS，才能獲得信道訪問權(quán)。這樣，就可能引起超幀的擴(kuò)展，導(dǎo)致超幀中CFP的起始點(diǎn)可變，從而使CFP的長度可變。而DCF的異步業(yè)務(wù)將自動地延遲到CFP之后才能獲得信道訪問權(quán)。

PCF協(xié)議原理采用PCF協(xié)議輪詢機(jī)制，即如果某站（如手持或固定站點(diǎn)）希望提供無競爭服務(wù)，則需要向AP（AccessPoint，基站）發(fā)出請求，經(jīng)許可后該站將列入輪詢序列，從而參與無競爭業(yè)務(wù)。AP以PCF優(yōu)先級向參與無競爭業(yè)務(wù)的站發(fā)送下行數(shù)據(jù)幀（CF-Down業(yè)務(wù)），具體使用幀頭控制域的輪詢比特實(shí)現(xiàn)輪詢。如果被輪詢到的站有緩存的數(shù)據(jù)，則在檢測到一個(gè)SIFS后立即將數(shù)據(jù)發(fā)出。當(dāng)AP發(fā)出輪詢后，如果在PIFS時(shí)間內(nèi)沒有響應(yīng)，那么AP將恢復(fù)對信道的控制，發(fā)出下一個(gè)輪詢幀。當(dāng)沒有上行的無競爭業(yè)務(wù)（CF-Up）等待發(fā)送時(shí)，參與無競爭業(yè)務(wù)的站不對AP的輪詢進(jìn)行響應(yīng)，并且對前面收到的下行無競爭幀（CF-Down）也無須進(jìn)行確認(rèn)。

3.網(wǎng)同步無線網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)站均有其內(nèi)部時(shí)鐘，所謂網(wǎng)同步是指這些時(shí)鐘的同步。在多區(qū)WLAN中，AP（基站）控制著網(wǎng)同步，它周期性地發(fā)送含有其自身時(shí)鐘信息的信標(biāo)幀，BSS內(nèi)與AP連接的各站對照此信標(biāo)修改自己的本地時(shí)鐘。而在自組WLAN中，所有站均承擔(dān)有定期發(fā)送網(wǎng)同步信標(biāo)的責(zé)任，各站根據(jù)確定的算法將本地時(shí)鐘與“聽”到的時(shí)間進(jìn)行比較并調(diào)整，這樣，在一定時(shí)間內(nèi)全網(wǎng)時(shí)鐘能夠達(dá)到同步。無線網(wǎng)絡(luò)中的許多功能都借助各站同步的時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)，例如，下面幾個(gè)典型的功能就是利用同步實(shí)現(xiàn)的。（1）節(jié)能管理，允許MT關(guān)閉其接收機(jī)直到下一信標(biāo)到達(dá)為止。（2）物理層管理，比如當(dāng)物理層使用跳頻擴(kuò)展頻譜方式時(shí)，網(wǎng)同步用于確定跳頻定時(shí)。（3）支持時(shí)限業(yè)務(wù)，利用網(wǎng)同步完成超幀定時(shí)。盡管信標(biāo)發(fā)送應(yīng)該是定期的，但它也必須遵循CSMA/CA這一基本信道訪問原則，因此確定的“信標(biāo)間隔”只能是預(yù)計(jì)發(fā)送時(shí)刻。信標(biāo)中含有時(shí)戳、信標(biāo)間隔等內(nèi)容。信標(biāo)以廣播方式發(fā)送，含有發(fā)送者的物理網(wǎng)地址（NID）。如何在入網(wǎng)時(shí)獲取同步，這一問題實(shí)際上是解決越區(qū)切換的基礎(chǔ)。

4.節(jié)能管理IEEE802.11MAC提供的節(jié)能管理機(jī)制允許網(wǎng)中各站點(diǎn)收發(fā)器在一段時(shí)間內(nèi)關(guān)閉，使之工作于低功耗節(jié)能模式。其基本原則是在不同環(huán)境中，使網(wǎng)中站點(diǎn)獲得合理的性能功耗比。在多區(qū)WLAN中，當(dāng)一個(gè)站希望進(jìn)入節(jié)能模式時(shí)，應(yīng)事先通知AP。而AP將暫存發(fā)往該站的數(shù)據(jù)并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻轉(zhuǎn)發(fā)給該站。在由AP定時(shí)發(fā)送的信標(biāo)中含有業(yè)務(wù)指示表TIM，該表中標(biāo)識了哪些站在AP中暫存有待收數(shù)據(jù)。工作于節(jié)能模式的站點(diǎn)仍須以一定的時(shí)間間隔定時(shí)“蘇醒”，以便接收像信標(biāo)幀這樣的控制幀。在TIM中被標(biāo)識的站點(diǎn)應(yīng)當(dāng)向AP申請或做好等待接收被暫存數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備。

在自組ＷLAN中，沒有像AP這樣的站點(diǎn)始終處于激活狀態(tài)并為其他站點(diǎn)提供暫存服務(wù)。為了支持節(jié)能工作模式，需要各站在全網(wǎng)同步的基礎(chǔ)上定時(shí)“蘇醒”。當(dāng)某站要向一個(gè)處于節(jié)能模式的站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，就預(yù)先發(fā)送一種具有聲明性質(zhì)的控制幀（ATIM），這樣可使處于節(jié)能模式的目的站定時(shí)打開收發(fā)器并維持一段時(shí)間的正常工作狀態(tài)，以便接收源站點(diǎn)后續(xù)發(fā)來的數(shù)據(jù)。11.3無線應(yīng)用協(xié)議（WAP）

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，手機(jī)上網(wǎng)成為手機(jī)技術(shù)發(fā)展的一大趨勢。為了實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)，無線通信業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)廠商一起開發(fā)了無線應(yīng)用協(xié)議，支持移動電話利用有限的（4個(gè)或5個(gè)）顯示器來瀏覽國際互聯(lián)網(wǎng)，WAP按比例縮小信息，使其適用于移動電話。就是說，無線應(yīng)用協(xié)議是一個(gè)用于通過移動電話或其他無線終端訪問的顯示無線信息服務(wù)的全球事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。WAP規(guī)范既利用了現(xiàn)有的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中適用于無線通信環(huán)境的部分，又在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了新的擴(kuò)展。廠商使用它可以開發(fā)無線接口獨(dú)立、設(shè)備獨(dú)立和完全可交互操作的手持設(shè)備Internet接入方案，從而使廠家的WAP方案最大限度地利用了用戶對Web服務(wù)、Web開發(fā)工具、Web編程和Web應(yīng)用的既有投資，同時(shí)也解決了無線環(huán)境所帶來的新問題。目前，全球各大手機(jī)制造商已經(jīng)保證提供支持WAP的無線設(shè)備。在最廣泛的意義上講，無線應(yīng)用協(xié)議是一種開放式的全球規(guī)范，它使移動用戶可以利用無線設(shè)備方便地訪問或交互式地使用信息和服務(wù)。

11.3.1WAP規(guī)范的要點(diǎn)WAP規(guī)范是一種無線應(yīng)用程序的編程型語言，它第一次定義了一個(gè)開放的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和一套用來實(shí)現(xiàn)無線Internet接入的協(xié)議。WAP規(guī)范還為其他的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)（如W3C、ETSI、TIA、IETF等）未能解決的問題提供了解決方案，它的出現(xiàn)也促進(jìn)了其他無線方案的開發(fā)和相關(guān)無線標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化工作的進(jìn)展，適應(yīng)于大多數(shù)無線網(wǎng)絡(luò)的連接。WAP規(guī)范的要素主要包括以下幾點(diǎn)。

1.WAP編程模型在設(shè)計(jì)WAP規(guī)范時(shí)，WAP論壇一個(gè)很重要的指導(dǎo)思想是讓W(xué)AP盡可能地與現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)保持一致，以最大限度地保護(hù)制造商、服務(wù)提供商和應(yīng)用開發(fā)者的投資。這個(gè)模型請參見科學(xué)出版社《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與工程實(shí)踐》(2007.12)第1版的圖11-3。WAP編程模型在很大程度上利用了現(xiàn)有的WWW編程模型，應(yīng)用開發(fā)人員可以從這種模型中得到許多好處，包括可以繼續(xù)使用自己熟悉的編程模型，能夠利用現(xiàn)有的工具（如Web服務(wù)器、XML工具）等。另外，WAP編程模型還針對無線環(huán)境的通信特點(diǎn)，對原有的WWW編程模型進(jìn)行了優(yōu)化和擴(kuò)展。

2.遵守XML標(biāo)準(zhǔn)的無線標(biāo)記語言（WML）WML使得性能嚴(yán)重受限的手持設(shè)備能夠提供強(qiáng)大的Internet接入功能。WML和WMLScript不要求用戶使用常用的PC機(jī)鍵盤或鼠標(biāo)進(jìn)行輸入，而且它在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到了手機(jī)的小屏幕顯示問題。與HTML文件不同的是，WML將文件分割成一套容易定義的用戶交互操作單元。每個(gè)交互操作單元被稱為一個(gè)卡，用戶通過在一個(gè)或多個(gè)WML文件產(chǎn)生的各個(gè)卡之間來回導(dǎo)航以實(shí)現(xiàn)Internet的接入。針對手機(jī)通信的特點(diǎn)，WML提供了一套數(shù)量更小的標(biāo)記標(biāo)簽集，這使它比HTML更適合在手持設(shè)備中使用。使用WAP網(wǎng)關(guān)，所有的WML內(nèi)容都可以通過HTTP1.1請求進(jìn)行Internet接入，這樣，傳統(tǒng)的Web服務(wù)器、工具和技術(shù)都可以繼續(xù)使用。WAP可利用二進(jìn)制傳輸經(jīng)過高度壓縮的數(shù)據(jù)，并對長時(shí)延和中、低帶寬進(jìn)行優(yōu)化。WAP的會話可以處理不連續(xù)覆蓋的問題，并在可以使用IP時(shí)使用IP；不能使用IP時(shí)，可使用其他優(yōu)化的協(xié)議在多種多樣的無線傳輸方式中運(yùn)行。用于WAP內(nèi)容的WML語言充分利用了小屏幕，無須使用完整的鍵盤就可實(shí)現(xiàn)方便的單手操作導(dǎo)航，而且WML語言具有內(nèi)置的可伸縮性，可以實(shí)現(xiàn)從兩行文本的顯示到智能電話和個(gè)人通信器上的全圖形屏幕的顯示和伸縮。

3.用于無線終端的微瀏覽器規(guī)范這個(gè)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)的Web瀏覽器規(guī)范類似，它定義了一個(gè)適合于手持設(shè)備的功能強(qiáng)大的用戶接口模型。這個(gè)規(guī)范定義手機(jī)如何解釋W(xué)ML和WMLScript，并且把信息正確顯示給用戶。在無線手機(jī)中，使用微瀏覽器規(guī)范可以使產(chǎn)生的代碼短小、高效，并且它還提供了一個(gè)靈活而又強(qiáng)大的用戶接口。用戶可通過上移鍵和下移鍵（不是鼠標(biāo)）在各個(gè)卡之間進(jìn)行導(dǎo)航。軟鍵盤允許用戶執(zhí)行適合無線Internet應(yīng)用特點(diǎn)的操作，如WAP使用傳統(tǒng)的12鍵電話鍵盤來輸入阿拉伯字符集，而不是用來輸入一套完整的標(biāo)準(zhǔn)字符集。為了保持與標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器一致，微瀏覽器還提供了各種導(dǎo)航功能，如Back、Home、書簽等。由于這個(gè)微瀏覽器與現(xiàn)在Internet上使用的標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器很類似，因此這個(gè)用戶接口為絕大多數(shù)習(xí)慣Web界面的用戶提供了方便，很容易為手機(jī)用戶所接受。微瀏覽器允許具有較大屏幕和更多特性的設(shè)備自動顯示更多的內(nèi)容，就像傳統(tǒng)的瀏覽器在瀏覽窗口擴(kuò)大時(shí)能顯示更多的信息一樣。

4.輕量級協(xié)議棧這個(gè)協(xié)議棧將無線手機(jī)接入Internet的帶寬需求降到最低，保證了各種無線網(wǎng)絡(luò)都可以使用WAP規(guī)范，該協(xié)議棧請參見科學(xué)出版社《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與工程實(shí)踐》(2007.12)第1版的圖11-4。手機(jī)通過WAP協(xié)議?？梢詾闊o線網(wǎng)絡(luò)節(jié)省大量的帶寬，例如，完成一個(gè)股票指數(shù)的查詢操作，如果通過HTTP1.0的臺式機(jī)瀏覽器來完成要比通過一個(gè)WAP瀏覽器來完成所涉及的包通信量大一倍以上。WAP協(xié)議使用的包數(shù)量不到標(biāo)準(zhǔn)的HTTP/TCP/IP協(xié)議棧的一半。

5.無線電話應(yīng)用（WTA）框架WTA允許無線手機(jī)接入各種電話功能和呼叫控制、電話本訪問和來自WMLScriptApplet中的電文信息。這樣，商家就能夠開發(fā)各種電話應(yīng)用并且將其集成到WML/WMLScript服務(wù)中。例如，對于呼叫轉(zhuǎn)移服務(wù)，商家可以提供一個(gè)用戶接口，提醒用戶決定是接受呼叫、轉(zhuǎn)移到他處還是將其轉(zhuǎn)發(fā)成一個(gè)語音郵件等。

WAP網(wǎng)關(guān)WAP規(guī)范使用標(biāo)準(zhǔn)的Web代理技術(shù)將無線網(wǎng)絡(luò)與Web連接起來。通過將處理功能集中在WAP網(wǎng)關(guān)中，大大減少了WAP手機(jī)上的負(fù)載，為手機(jī)實(shí)現(xiàn)價(jià)廉提供了基礎(chǔ)。例如，一個(gè)WAP網(wǎng)關(guān)一般可以使用所有的DNS服務(wù)來解析URL中使用的域名，因此就不再需要手機(jī)來完成這個(gè)計(jì)算任務(wù)。另外，網(wǎng)絡(luò)還可以利用WAP網(wǎng)關(guān)來為用戶提供各種服務(wù)，并且可以幫助網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商防止詐騙和服務(wù)利用。

一個(gè)WAP網(wǎng)關(guān)一般包括以下功能:協(xié)議網(wǎng)關(guān)。它將來自WAP協(xié)議棧的請求翻譯到WWW協(xié)議棧（HTTP/IP）中。內(nèi)容編碼器和解碼器。內(nèi)容編碼器將Web內(nèi)容翻譯成壓縮編碼的格式，以減少通過無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸出的數(shù)據(jù)包的大小和數(shù)量。這個(gè)結(jié)構(gòu)使移動終端用戶可以瀏覽各種WAP內(nèi)容和應(yīng)用，而不管它們使用的是什么類型的無線網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用開發(fā)者能夠創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)和終端獨(dú)立的內(nèi)容服務(wù)和應(yīng)用，使這些應(yīng)用可以被盡可能多的用戶使用和訪問。使用WAP代理，內(nèi)容和應(yīng)用可以放在標(biāo)準(zhǔn)的WWW服務(wù)器上，開發(fā)者可以繼續(xù)使用通用的Web技術(shù)，如CGI編程來進(jìn)行開發(fā)。WAP網(wǎng)關(guān)還可以將來自不同Web服務(wù)器上的數(shù)據(jù)集合起來，并且緩存經(jīng)常使用的信息，從而減少手持設(shè)備的應(yīng)答時(shí)間。WAP網(wǎng)關(guān)還可以與用戶的數(shù)據(jù)庫接口，根據(jù)來自無線網(wǎng)絡(luò)的信息（如位置信息），為某一組用戶動態(tài)定制WML頁面。

11.3.2WAP方案解決無線網(wǎng)絡(luò)的問題（1）將HTTP的明文首標(biāo)翻譯成二進(jìn)制碼，大大減少了必須通過無線接口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。（2）重新定義了一個(gè)輕量級會話重建協(xié)議，以允許會話暫停一段時(shí)間后再繼續(xù)。利用允許會話暫停功能，不僅可以釋放網(wǎng)絡(luò)資源，還可以節(jié)省電池消耗。（3）WAP提供了一個(gè)無線傳輸協(xié)議（WTP），WTP能夠提供可靠的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)，就像傳統(tǒng)的TCP提供TCP/IP服務(wù)一樣，但WTP去掉了傳統(tǒng)的TCP不適合在無線網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)男畔?，如TCP處理每個(gè)請求-應(yīng)答要傳輸大量的信息，包括用來處理包順序錯(cuò)亂的信息，從而減少了每個(gè)請求-應(yīng)答處理需要的信息量。（4）WAP的WTP方案還意味著TCP堆棧并不需要設(shè)置在手機(jī)里，這為手機(jī)節(jié)省了大量的處理和內(nèi)存成本。

這種Web應(yīng)用要求客戶端和服務(wù)器之間有一個(gè)安全的連接鏈路，WAP規(guī)范可以保證手機(jī)接入Internet的安全。無線傳輸層安全（WTLS）協(xié)議是基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的傳輸層安全（TLS）協(xié)議（該協(xié)議的前身即為安全套接層SSL協(xié)議），它與WAP傳輸協(xié)議一起使用，并且針對窄帶通信信道中的應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。WTLS可保證數(shù)據(jù)的完整性、隱私性、認(rèn)證和拒絕服務(wù)保護(hù)。

11.4無線網(wǎng)卡的組成與工作原理

目前，我國西安電子科技大學(xué)和上?？堤┛穗娮蛹夹g(shù)有限公司，都已研制生產(chǎn)出符合IEEE802.11協(xié)議的網(wǎng)卡，而且具有漫游功能。1．無線網(wǎng)卡的硬件組成無線網(wǎng)卡的硬件組成包括RF&Antenna、IF、SS和NIC等幾部分，請參見科學(xué)出版社《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與工程實(shí)踐》(2007.12)第1版的圖11-5。NIC是網(wǎng)絡(luò)接口控制單元，它完成SS單元與計(jì)算機(jī)之間的接口控制。SS是擴(kuò)頻、解擴(kuò)頻及解調(diào)單元，它完成對發(fā)送數(shù)據(jù)的頻譜擴(kuò)展和對接收信號的解擴(kuò)解調(diào)，同時(shí)，它還具有對數(shù)據(jù)進(jìn)行加、解擾處理的功能，在QPSK時(shí)還要進(jìn)行并/串和串/并轉(zhuǎn)換。在SS單元，還要對發(fā)射功率和分集接收進(jìn)行相應(yīng)的控制，并具有信道能量檢測（EnergyDestrengthIndication，ED）和載波強(qiáng)度（CarrierSense，CS；實(shí)際是信號質(zhì)量SignalQuality，SQ）檢測等功能。IF是中頻單元，它完成對已擴(kuò)頻信號的調(diào)制（BPSK/QPSK）和對接收信號的變頻及其他處理。RF&Antenna單元完成對發(fā)送中頻信號的向上和向下變頻、功率放大（PA）以及低噪聲放大等功能，一般包括Antenna及分集開關(guān)、T/R開關(guān)、LAN和PA、LocalOscillator、向上/向下混頻器、濾波器幾個(gè)部分。由RF&Antenna、IF和SS單元構(gòu)成了擴(kuò)頻通信機(jī)（SSTransceiver）。

2.無線網(wǎng)卡的工作原理按照IEEE802.11協(xié)議，無線局域網(wǎng)卡分為介質(zhì)訪問控制（MAC）層和物理層（PHYLayer），在兩者之間，還定義了一個(gè)介質(zhì)訪問控制-物理（MAC-PHY）子層（Sublayers）。MAC層提供主機(jī)與物理層之間的接口，并管理外部存儲器，它與無線網(wǎng)卡硬件的NIC單元相對應(yīng)。物理層具體實(shí)現(xiàn)無線電信號的接收與發(fā)射，它與無線網(wǎng)卡硬件中的擴(kuò)頻MAC層相對應(yīng)，以便決定是否可以發(fā)送信號，通過MAC層的控制來實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的CSMA/CA協(xié)議。而MAC-PHY子層主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的打包與拆包以及把必要的控制信息放在數(shù)據(jù)包的前面。IEEE802.11協(xié)議指出，物理層必須有至少一種提供空閑信道估計(jì)CCA信號的方法。

無線網(wǎng)卡的工作原理如下：當(dāng)物理層接收到信號并確認(rèn)無錯(cuò)后提交給MAC-PHY子層，經(jīng)過拆包后把數(shù)據(jù)上交MAC層，然后判斷是否是發(fā)給本網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)，若是，則上交，否則，丟棄。如果物理層接收到的發(fā)給本網(wǎng)卡的信號有錯(cuò)，則需要通知發(fā)送端重發(fā)此包信息。當(dāng)網(wǎng)卡有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時(shí)，首先要判斷信道是否空閑。若空，隨機(jī)退避一段時(shí)間后發(fā)送，否則，暫不發(fā)送。由于網(wǎng)卡的工作方式為時(shí)分雙工，所以，發(fā)送時(shí)不能接收，接收時(shí)也不能發(fā)送。11.5寬帶無線技術(shù)與寬帶無線接入技術(shù)

11.5.1寬帶無線技術(shù)在眾多通信技術(shù)中，寬帶CDMA（B-CDMA）最有可能成為未來的通用通信技術(shù)。它完全能適應(yīng)目前無線本地環(huán)路（WLL）應(yīng)用的需要，而且明顯地具有在WLL、“真正的”PCS和以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的未來應(yīng)用中發(fā)展成為全面多媒體應(yīng)用的能力。寬帶CDMA網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展是3個(gè)合作伙伴十幾年來攜手努力合作的成果。這3個(gè)合作伙伴是居全球電信交換領(lǐng)域領(lǐng)先地位的德國西門子公司，在CDMA網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和交換機(jī)以及手機(jī)方面的制造商韓國三星電子公司以及專門從事數(shù)字通信（特別是WLL）的美國IDC公司。上述三家公司經(jīng)過不懈的努力，在1997年底分別推出了各自品牌的商用無線本地環(huán)路系統(tǒng)。所有這些工作的成果導(dǎo)致產(chǎn)生“下一代”CDMA——可以提供現(xiàn)有的窄帶技術(shù)所無法提供的高帶寬數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（包括ISDN、視頻和多媒體）。

1.什么是寬帶CDMA標(biāo)準(zhǔn)的CDMA技術(shù)是在一個(gè)比其他蜂窩技術(shù)相對更寬的頻帶上擴(kuò)展信號的，從而減少由多徑和衰減帶來的傳播問題。寬帶CDMA進(jìn)一步拓展此概念，可減少多徑衰減，在多蜂窩環(huán)境下提供更大的容量和更高的話音質(zhì)量。更寬的帶寬還使諸如ISDN和按需要提供帶寬（BOD）等業(yè)務(wù)得以實(shí)現(xiàn)。寬帶CDMA是唯一有潛力提供具有有線線路功能的“透明”本地環(huán)路無線技術(shù)。作為一種WLL的解決方案，寬帶CDMA可以為公眾電話交換網(wǎng)（PSTN）的移動和固定連接提供廣泛的業(yè)務(wù)，包括從常規(guī)電話業(yè)務(wù)（POTS）到ISDN和BOD等先進(jìn)業(yè)務(wù)。提供的服務(wù)包括優(yōu)質(zhì)有線傳輸話音、高速傳真、數(shù)據(jù)以及多媒體（包括視頻）等。這種技術(shù)使運(yùn)營商能通過固定無線應(yīng)用并最終在便攜和可移動環(huán)境中把ISDN業(yè)務(wù)送至桌面。

2.寬帶CDMA技術(shù)電信業(yè)界現(xiàn)在已十分熟悉一般工作于11.00MHz頻段的CDMAIS-95版本，新的BCDMA寬帶版本將適用于下列3個(gè)頻段:DCS1800（1.71~1.785GHz及1.805~1.880GHz）。US-PCS（1.85~1.9GHz及1.93~1.99GHz）。CEPT（2.0~2.7GHz）。窄帶CDMA與寬帶CDMA的一個(gè)更重要區(qū)別在于，前者在每個(gè)方向上都是在固定的1.25MHz帶寬范圍內(nèi)有效，而寬帶CDMA技術(shù)可根據(jù)特定的應(yīng)用需要使用不同的帶寬。通常使用的帶寬為7MHz、10MHz、10.5MHz、14MHz和15MHz。更寬的帶寬具有更大的抗衰減能力，這就意味著在相同的輸出功率下，寬帶CDMA能提供范圍更廣的性能，或者在同樣的覆蓋范圍內(nèi)可降低功率要求。另外，附加的帶寬意味著有更大的能力支持更高帶寬業(yè)務(wù)和提供更靈活的多種混合業(yè)務(wù)。寬帶CDMA技術(shù)在寬廣的無線頻譜上支持多路同步通話數(shù)據(jù)傳輸。對每路話音、傳真、數(shù)據(jù)或視頻傳輸都分配一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)送端和接收端能識別的一種特定代碼，以便傳輸?shù)男畔⒖稍诮邮斩酥匦陆M合。寬帶CDMA的寬廣頻譜使它對于市區(qū)環(huán)境中干擾和多徑傳播環(huán)境具有更強(qiáng)的抗干擾能力。寬帶CDMA對干擾的抵抗力使之成為多址接入系統(tǒng)的理想選擇。

上述3家廠商在不同的環(huán)境中采用雙重技術(shù)策略為WLL應(yīng)用提供解決方案。第一種WLL系統(tǒng)是新開發(fā)的寬帶CDMA，采用3種形式部署:第一種形式是在人口密集的市區(qū)，微蜂窩小區(qū)間隔在1~2km。第二種形式是在面積較大、人口相對稀疏的市區(qū)和郊區(qū)，小區(qū)間隔為5~15km。第三種形式是在小區(qū)最大間隔為30km的鄉(xiāng)村。第二種WLL技術(shù)是UltraPhone，這是IDC公司在1986年首先推出的一種采用時(shí)分多址（TDMA）技術(shù)的數(shù)字移動電話。該技術(shù)隨后使用64kbit/s和25kHz的信道重新應(yīng)用于WLL中，在美國已安裝了150套此類系統(tǒng)。UltraPhone提供窄帶業(yè)務(wù)，包括常規(guī)的話音、傳真及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，通常應(yīng)用在距離交換機(jī)15km或更遠(yuǎn)的地方，有些國家還可應(yīng)用在距離交換機(jī)60km以上的地方。

3.寬帶CDMA的應(yīng)用寬帶CDMA是為下列4種主要應(yīng)用而開發(fā)的：農(nóng)村無線本地環(huán)路、城市無線本地環(huán)路、個(gè)人通信系統(tǒng)（PCS）、全球衛(wèi)星移動個(gè)人通信系統(tǒng)（GMPCS）和IMT-2000。

11.5.2寬帶無線接入技術(shù)LMDS隨著無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，一種替代傳統(tǒng)線接入網(wǎng)，并提供通信容量接近于有線光纖的新型無線通信技術(shù)異軍突起，即所謂“無線光纖”——本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)（LMDS）。LMDS（LocalMultipointDistributeService）是一種嶄新的寬帶無線接入技術(shù)，1998年被美國電信界評選為十大新興通信技術(shù)之一。由于該技術(shù)利用高容量點(diǎn)對多點(diǎn)微波傳輸，可以提供雙向話音、數(shù)據(jù)及視頻圖像業(yè)務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)從Nx64bit/s到2Mbit/s，甚至高達(dá)155Mbit/s的用戶接入速率，具有很高的可靠性，號稱是一種“無線光纖”技術(shù)。LMDS工作在10GHz，一般在毫米波的波段附近，可用的帶寬達(dá)到1GHz以上，幾乎可以提供任何種類的業(yè)務(wù)，支持話音、數(shù)據(jù)和圖像業(yè)務(wù)以及ATM、TCP/IP和MPEG2等標(biāo)準(zhǔn)。

由于LMDS具有更高帶寬和雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，可提供多種寬帶交互式數(shù)據(jù)及多媒體業(yè)務(wù)，克服傳統(tǒng)本地環(huán)路的瓶頸，滿足用戶對高速數(shù)據(jù)和圖像通信日益增長的需求，因此是解決通信網(wǎng)和接入網(wǎng)問題的利器。尤其是LMDS具備無線通信特有的優(yōu)勢，即實(shí)施迅速、投資低、可靠性高，因此為電信運(yùn)營商開展業(yè)務(wù)，發(fā)展用戶提供了高成效、低成本的有效方法，受到電信業(yè)界人士的極大關(guān)注。LMDS系統(tǒng)包括基站系統(tǒng)和用戶端設(shè)備兩部分。LMDS基站直接進(jìn)入電信骨干網(wǎng)絡(luò)或核心網(wǎng)絡(luò)。為了使LMDS系統(tǒng)能夠提供多樣化的綜合業(yè)務(wù)，此核心網(wǎng)絡(luò)可以由光纖傳輸網(wǎng)、ATM交換或IP交換或IP＋ATM架構(gòu)而成的核心交換平臺以及與Internet、公共電話網(wǎng)（PSTN）的互聯(lián)模塊等組成。

由于直接支持ATM協(xié)議（無線ATM），所以通過無線ATM協(xié)議，可以使鏈路效率得到提高。LMDS屬于無線訪問的一種新的形式，可以采用LMDS蜂窩式的小區(qū)結(jié)構(gòu)配置并覆蓋整個(gè)城域范圍。典型的LMDS系統(tǒng)使用地理上分散的類似蜂窩的配置，它由多個(gè)樞紐發(fā)射機(jī)（或稱為基站）在一定小區(qū)范圍的服務(wù)區(qū)管理用戶群，每個(gè)發(fā)射機(jī)節(jié)點(diǎn)對多點(diǎn)無線鏈路與服務(wù)區(qū)內(nèi)的固定用戶通信。每個(gè)蜂窩站的覆蓋區(qū)的距離在5~7km范圍。同時(shí)，由于LMDS覆蓋區(qū)可重疊，每個(gè)蜂窩的覆蓋區(qū)又可以劃分為多個(gè)扇區(qū)，可根據(jù)需要在該扇區(qū)提供特定業(yè)務(wù)或服務(wù)。通過采用多扇區(qū)、先進(jìn)的調(diào)制方式、不同極化等途徑，可以進(jìn)一步增加頻譜利用率，提高網(wǎng)絡(luò)容量。這種技術(shù)特別適合在密度大的地區(qū)使用，如繁華的城市商貿(mào)區(qū)、技術(shù)開發(fā)區(qū)、寫字樓群、城市居民小區(qū)等。11.6微波擴(kuò)頻通信技術(shù)

前面介紹了計(jì)算機(jī)無線網(wǎng)絡(luò)的概念、特點(diǎn)，其良好的性能主要是由于無線通信技術(shù)的進(jìn)步，而網(wǎng)絡(luò)的路由、傳輸?shù)瓤刂撇糠趾蛡鹘y(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)是基本相同的。本節(jié)將簡要敘述無線網(wǎng)絡(luò)所使用的通信技術(shù)——微波擴(kuò)頻通信。

11.6.1基本原理擴(kuò)展頻譜通信（SpreadSpectrumCommunication）簡稱擴(kuò)頻通信。擴(kuò)頻通信的基本特征是使用比發(fā)送的信息數(shù)據(jù)速率高許多倍的偽隨機(jī)碼對載有信息數(shù)據(jù)的基帶信號的頻譜進(jìn)行擴(kuò)展，形成寬帶的低功率譜密度的信號來發(fā)射。香農(nóng)在信息論的研究中得出了信道容量的公式，即C=Wlog2（1+P/N）其中，Ｐ是信號功率；Ｎ是白噪聲；Ｗ為頻帶寬度；C為信道容量。這個(gè)公式指出：如果信道容量C不變，則帶寬Ｗ和信噪比P/N是可以互換的。就是說，增加帶寬就可以在較低的信噪比的情況下，以相同的數(shù)據(jù)率來可靠地傳輸信息。甚至在信號被噪聲湮沒的情況下，只要相應(yīng)地增加信號帶寬，仍能保持可靠的通信。這樣可以用擴(kuò)頻方法以寬帶傳輸信息來換取信噪比上的好處。其基本原理請參見科學(xué)出版社《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與工程實(shí)踐》(2007.12)第1版的圖11-6。

信息數(shù)據(jù)Ｄ經(jīng)過常規(guī)的數(shù)據(jù)調(diào)制，變成了帶寬為B1的基帶（窄帶）信號，再用擴(kuò)頻編碼發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)編碼（PN碼，PseudoNoiseCode）對基帶信號作擴(kuò)頻調(diào)制，形成帶寬為B2（B2遠(yuǎn)大于B1）——功率譜密度極低的擴(kuò)頻信號，這相當(dāng)于把窄帶B1的信號以PN碼所規(guī)定的規(guī)律分散到寬帶B2上，再發(fā)射出去。接收端用與發(fā)射時(shí)相同的偽隨機(jī)編碼作擴(kuò)頻解調(diào)，把寬帶信號恢復(fù)成常規(guī)的基帶信號，然后再用常規(guī)的通信處理解調(diào)出發(fā)送來的信息數(shù)據(jù)D。

11.6.2擴(kuò)頻通信的主要特點(diǎn)擴(kuò)頻通信技術(shù)在發(fā)送端以擴(kuò)頻編碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，在接收端以相關(guān)解調(diào)技術(shù)收信，這一過程使其具有諸多優(yōu)良特性。

1.抗干擾性強(qiáng)擴(kuò)頻通信特性的一個(gè)重要參數(shù)是擴(kuò)頻增益G（SpreadingGain），其定義為擴(kuò)頻前的信號帶寬B1與擴(kuò)頻后的信號帶寬B2之比，即Ｇ=B2/B1擴(kuò)頻通信中，接收端對接收到的信號作擴(kuò)頻解調(diào)，只提取擴(kuò)頻編碼相關(guān)處理后帶寬為B1的信號成分，而排除了擴(kuò)展到寬帶B2中的干擾、噪聲和其他用戶通信的影響，相當(dāng)于把接收信噪比提高了G倍?？紤]到輸出端的信噪比和接收系統(tǒng)損耗，可以認(rèn)為實(shí)際的擴(kuò)頻增益帶來的信噪比的改善為：M=G－輸出端信噪比－系統(tǒng)損耗其中，M為抗干擾容限。擴(kuò)頻通信的這一特性，對于抗外界人為干擾時(shí)效果很突出，比如，信號擴(kuò)頻寬度為1000倍，窄帶干擾不起作用，而寬帶干擾的強(qiáng)度降低為原來的1/1000，欲保持原干擾強(qiáng)度，則總功率需加大1000倍，這實(shí)際上是難以實(shí)現(xiàn)的。因信號接收需要擴(kuò)頻編碼進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)處理才能得到，所以限制了同類型信號的相互干擾。在不知道信號擴(kuò)頻碼的情況下，由于不同擴(kuò)頻編碼之間不同的相關(guān)性，干擾也不起作用。

2.隱蔽性強(qiáng)、干擾小因信號在很寬的頻帶上被擴(kuò)展，則單位帶寬上的功率很小，即信號功率譜密度很低。信號湮沒在白噪聲之中，別人難以發(fā)現(xiàn)信號的存在，而且由于不知道擴(kuò)頻編碼，就更難拾取有用的信號。而其極低的功率譜密度，也很少對其他電信設(shè)備構(gòu)成干擾。

3.易于實(shí)現(xiàn)碼分多址擴(kuò)頻通信占用寬帶頻譜資源通信，改善了抗干擾能力，這是否浪費(fèi)了頻段呢？其實(shí)正相反，它提高了頻帶的利用率。正是由于擴(kuò)頻通信要用擴(kuò)頻編碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制發(fā)送，而信號接收需要用相同的擴(kuò)頻編碼作相關(guān)解擴(kuò)才能得到，這就給頻率復(fù)用和多址通信提供了基礎(chǔ)。充分利用不同碼型的擴(kuò)頻編碼之間的相關(guān)特性，分配給不同用戶不同的擴(kuò)頻編碼，就可以區(qū)別不同用戶的信號。眾多用戶只要配對使用自己的擴(kuò)頻編碼，就可以互不干擾地同時(shí)使用同碼，分別向不同接收者發(fā)送數(shù)據(jù)；同樣地，接收者用不同的擴(kuò)頻編碼，就可以收到不同的發(fā)送者送來的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了多址通信。常規(guī)的無線通信是在頻率上（稱為頻分）或從時(shí)間上分配（稱為時(shí)分）給通信用戶，使之在頻段上或時(shí)間上互不相同，使彼此互不干擾共用頻譜資源。擴(kuò)頻通信是以各用戶使用不同的擴(kuò)頻編碼來共用同一頻率。美國國家航空和航天管理局（NASA）的技術(shù)報(bào)告指出：采用擴(kuò)頻碼分多址方式的頻譜利用率，高于采用頻分多址方式的頻譜利用率。而且擴(kuò)頻碼分多址還易于解決隨時(shí)增加新用戶的問題。

4.抗多徑干擾在無線通信中，抗多徑干擾一直是難以解決的問題。利用擴(kuò)頻編碼之間的相關(guān)特性，在接收端可以用相關(guān)技術(shù)從多徑信號中提取分離出最強(qiáng)的有用信號，也可把多個(gè)路徑來的同一碼序列的波形相加使之得到加強(qiáng)，從而達(dá)到有效的抗多徑干擾。

11.6.3擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的工作方式實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻通信的基本工作方式有3種。直接序列擴(kuò)頻（DirectSequenceSpreadSpectrum）工作方式（簡稱DS方式，也簡稱直擴(kuò)式或直序擴(kuò)頻）。跳變頻率（FrequencyHopping）工作方式（簡稱FH跳頻方式）?；旌舷到y(tǒng)。

1.直序擴(kuò)頻系統(tǒng)信號的頻帶寬度與其持續(xù)的時(shí)間成反比，1μs脈沖的帶寬約為1MHz。所謂直序擴(kuò)頻，即在發(fā)送端以所傳信息來調(diào)制很窄的脈沖序列，該脈沖序列就是擴(kuò)頻碼，這樣可達(dá)到展寬頻譜的目的。在接收端，用相同的擴(kuò)頻碼去進(jìn)行解擴(kuò)，把展寬的擴(kuò)頻信息還原成原始信息。解擴(kuò)的過程就像用相片去找人一樣。用擴(kuò)頻碼對照輸入的擴(kuò)頻信號，然后，將其轉(zhuǎn)換成信息調(diào)制的載波，最后經(jīng)濾波器輸出。我們知道，一個(gè)普通信號如與擴(kuò)頻碼混合，相當(dāng)于經(jīng)過擴(kuò)頻輸出。那么，如干擾信號在接收端輸入，則會經(jīng)擴(kuò)頻降低功率密度，再經(jīng)濾波器后，干擾信號能量將會極大地減弱，而輸入的擴(kuò)頻信號經(jīng)解擴(kuò)提高了功率密度，起到了提高信噪比的作用。

2.跳頻系統(tǒng)

如果在不斷變換的幾十個(gè)載波頻率上傳送信號，而限制某個(gè)頻率受到干擾，則也能很好地收到信號，這就是跳頻系統(tǒng)。它的圖案請參見科學(xué)出版社《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與工程實(shí)踐》(2007.12)第1版的圖11-7。圖中橫軸為時(shí)間，縱軸為頻率，這個(gè)時(shí)間與頻率的平面叫做“時(shí)-頻”域，其中，陰影代表跳頻的方案，也稱跳頻圖案。當(dāng)通信雙方的跳頻圖案完全一致時(shí)，就可以建立跳頻通信了。跳頻圖案通常采用偽隨機(jī)改變的方法，只有通信雙方才知道此跳頻圖案，而別人是很難知道的。所謂偽隨機(jī)，就是“假”的隨機(jī)，實(shí)際是有規(guī)律可循的。

跳頻系統(tǒng)的特點(diǎn)，在很大程度上取決于它的擴(kuò)展頻譜機(jī)理。跳頻擴(kuò)頻在機(jī)理上與直序擴(kuò)頻大不相同。每一跳頻駐留時(shí)間的瞬時(shí)所占的信道帶寬是窄帶頻譜，依照跳頻圖案隨時(shí)間的變化，這些瞬時(shí)窄帶頻譜在一個(gè)很寬的頻帶內(nèi)跳變，形成一個(gè)跳頻帶寬，由于跳頻速率很快，從而在宏觀上實(shí)現(xiàn)了頻譜的擴(kuò)展。跳頻圖案的產(chǎn)生并不是隨意的，而是由偽碼序列所決定的，它要求偽碼序列具有良好的自相關(guān)性和互相關(guān)性，這就是前面所說的擴(kuò)頻碼。通常最常見的是m序列。

由于擴(kuò)頻碼良好的自相關(guān)性，因此跳頻系統(tǒng)具有良好的抗多徑干擾的能力。同時(shí)，由于擴(kuò)頻碼的正交性，在同一個(gè)跳頻帶寬內(nèi)，可以容納多個(gè)跳頻系統(tǒng)同時(shí)通信，實(shí)現(xiàn)碼分多址的通信功能，達(dá)到頻譜資源共享的目的。跳頻系統(tǒng)中通常窄帶跳頻信道較多，可供使用的互相正交的擴(kuò)頻碼也較多，一般可達(dá)幾十個(gè)甚至更多，故在一個(gè)跳頻帶寬內(nèi)，可容納的跳頻系統(tǒng)也較多。

跳頻系統(tǒng)的抗干擾性與直序擴(kuò)頻是完全不同的。跳頻圖案不同，其干擾的效果也不盡相同。當(dāng)跳頻圖案的隨機(jī)性越大時(shí)，跳頻抗干擾的能力就越強(qiáng)，因?yàn)椤捌灞P”越大時(shí)，即頻率和時(shí)間的乘積越大，可容納的隨機(jī)圖案也越多，跳頻圖案本身的隨機(jī)性也越大，從而抗干擾能力也越強(qiáng)。所謂抗干擾能力，實(shí)際上是指碰到干擾的概率小。因跳頻圖案的隨機(jī)性，別人很難發(fā)現(xiàn)通信使用的頻率，一旦發(fā)現(xiàn)，可立即轉(zhuǎn)移到另一頻率上，故跳頻系統(tǒng)抗截獲性也很強(qiáng)。在當(dāng)代軍事領(lǐng)域中（如在現(xiàn)代化的電子戰(zhàn)中），跳頻通信已顯示出巨大的優(yōu)越性，從而證明了跳頻系統(tǒng)的抗干擾和抗截獲性。

跳頻系統(tǒng)中由于它的載波頻率是快速跳變的，因此具有頻率分集的功能。分集接收技術(shù)是克服信號衰落的有效措施。當(dāng)跳頻的頻率間隔大于衰落信道的相關(guān)帶寬（通常都能滿足這個(gè)條件）而跳頻駐留時(shí)間又很短時(shí)，它就能起到頻率分集的作用。因此，在移動通信中的多徑、衰落信道的條件下，跳頻系統(tǒng)又具有抗多徑、抗衰落的能力。

3.混合系統(tǒng)由以上兩種擴(kuò)頻系統(tǒng)可以看出，在計(jì)算機(jī)無線通信中，兩種系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，請參見科學(xué)出版社《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與工程實(shí)踐》(2007.12)第1版的表11-12。直序擴(kuò)頻與跳頻擴(kuò)頻的組合可構(gòu)成直序擴(kuò)頻/跳頻擴(kuò)頻系統(tǒng)。直序擴(kuò)頻/跳頻擴(kuò)頻系統(tǒng)是在直接序列擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加載波頻率跳變的功能。每一種擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)都有各自的優(yōu)點(diǎn)和局限性。比如，當(dāng)抗干擾的指標(biāo)要求很高時(shí)，單獨(dú)的一個(gè)擴(kuò)頻系統(tǒng)往往很難達(dá)到要求，甚至?xí)龅郊夹g(shù)上的難題，或者需要增加設(shè)備的復(fù)雜程度，從而提高成本。若是采用混合擴(kuò)頻系統(tǒng)，優(yōu)勢互補(bǔ)，則可滿足高抗干擾指標(biāo)的要求。再比如，當(dāng)通信速度提高時(shí)，直序擴(kuò)頻要達(dá)到較好的擴(kuò)頻效果，擴(kuò)頻碼速度也必須提高。擴(kuò)頻碼是一種比脈沖更窄的一組脈沖，過分提高擴(kuò)頻碼速度會遇到技術(shù)上的難度，并會大大提高成本，這樣也就限制了直序擴(kuò)頻通信速率的提高。同樣，對于跳頻系統(tǒng)速度的提高，會遇到要求提高跳頻器的跳頻速度等一系列問題，這同樣也是有限制的。而當(dāng)直序擴(kuò)頻系統(tǒng)與跳頻擴(kuò)頻系統(tǒng)結(jié)合時(shí)，這個(gè)問題也就迎刃而解了。這樣，當(dāng)兩種擴(kuò)頻系統(tǒng)組合時(shí)，既能提高抗干擾性，又能提高速率，還可緩解某些技術(shù)難點(diǎn)，降低成本，具有更高的性能價(jià)格比。當(dāng)然，其代價(jià)是系統(tǒng)的復(fù)雜程度有所提高。

現(xiàn)舉一個(gè)例子說明采用混合式擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)的必要性。某系統(tǒng)要求擴(kuò)展頻譜的帶寬達(dá)1000MHz，試設(shè)計(jì)一個(gè)擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)。若采用直序擴(kuò)頻來滿足此項(xiàng)指標(biāo)，需產(chǎn)生擴(kuò)頻碼速度為500Mchip/s，這在技術(shù)上是難度極大的；如果采用跳頻系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，假設(shè)跳頻頻率間隔是25kHz，跳頻器輸出的跳頻頻率數(shù)需達(dá)到4萬個(gè)。制作跳頻帶寬為1000MHz和4萬輸出頻率的跳頻器在技術(shù)上也是很困難的。但是，如果采用直序擴(kuò)頻/跳頻擴(kuò)頻系統(tǒng)，直序擴(kuò)頻的擴(kuò)頻碼用5Mchip/s，跳頻器輸出的跳頻頻率數(shù)為100個(gè)，最小跳頻頻率間隔為10MHz就可以滿足要求。顯然，這種混合式擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)中的各部件的技術(shù)難度大大降低了，相應(yīng)的成本也降低了。

值得注意的是，混合系統(tǒng)無明顯的遠(yuǎn)近效應(yīng)，大大改善了接收。并且，由于跳頻具有抗多徑衰落能力，整個(gè)混合系統(tǒng)在移動通信中具有了較好的接收能力，并且改善了組網(wǎng)能力，提高了信道容量。另外，無論是直序擴(kuò)頻、跳頻還是混合系統(tǒng)，它們在空中的傳播距離與能量及接收靈敏度有關(guān)，而與擴(kuò)頻方式無關(guān)。所以，只要能量足夠大，無遮擋，這幾種系統(tǒng)都可傳播幾十千米遠(yuǎn)。目前使用最多、最典型的擴(kuò)頻工作方式是直擴(kuò)式，在計(jì)算機(jī)無線網(wǎng)絡(luò)的通信中，就是采用這種工作方式。直擴(kuò)式的基本原理請參見科學(xué)出版社《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與工程實(shí)踐》(2007.12)第1版的圖11-8和圖11-9所示。

如圖11-8所示，在發(fā)送端要發(fā)送的數(shù)據(jù)D時(shí)，由模2相加器調(diào)制偽隨機(jī)碼發(fā)生器產(chǎn)生擴(kuò)頻序列，再經(jīng)載波調(diào)制器調(diào)制成載波信號（常用的調(diào)制方法有BPSK、QPSK等，以及無線網(wǎng)絡(luò)采用的數(shù)字方式QPSK調(diào)制方法），調(diào)制后獲得寬帶的擴(kuò)頻信號，經(jīng)寬帶放大器放大后發(fā)射出去。在接收端（如圖11-9所示）接收到的信號經(jīng)放大后，要經(jīng)過射頻寬帶濾波器處理，以提高信噪比并提取信號以對齊相位，同步電路拾取到發(fā)送來的擴(kuò)頻碼的準(zhǔn)確相位，以此作為同步信號，使PN碼發(fā)生器產(chǎn)生解調(diào)放大后的寬帶信號，準(zhǔn)確恢復(fù)成窄帶信號，再經(jīng)常規(guī)數(shù)據(jù)解調(diào)后，即可獲得數(shù)據(jù)D。

擴(kuò)頻通信技術(shù)是如何解決多址通信和信號檢測的呢？這是擴(kuò)頻通信的兩個(gè)基本特點(diǎn)，即偽隨機(jī)編碼調(diào)制和信號相關(guān)處理。偽隨機(jī)編碼調(diào)制的核心是產(chǎn)生符合擴(kuò)頻通信需要的偽隨機(jī)編碼（PN碼），以此作為擴(kuò)頻編碼（SpreadingCode），也叫做擴(kuò)頻序列（SpreadingSequence）。要求它具有良好的偽隨機(jī)性、長周期、復(fù)雜度大、編碼序列和易于高速產(chǎn)生。對于直擴(kuò)方式，擴(kuò)頻編碼常用最大長度的線性反饋移位寄存器序列，即m序列，它可由線性反饋移位寄存器生成并具有上述所要求的特征，它產(chǎn)生的二值序列由其反饋系數(shù)來調(diào)節(jié)。有些反饋系數(shù)狀態(tài)能產(chǎn)生最大長度周期的m序列，m序列的長度決定著擴(kuò)頻的能力。因其產(chǎn)生偽隨機(jī)編碼序列的初態(tài)可以設(shè)置而產(chǎn)生不同的PN碼，故可用不同的初態(tài)來決定PN碼。而不同的PN碼對擴(kuò)頻信號進(jìn)行相關(guān)處理，即可解調(diào)出與之相同的PN碼調(diào)制的擴(kuò)頻信號中的基帶信號，并濾去了其余的部分。這樣就可以實(shí)現(xiàn)多址通信，且有極好的抗干擾性。

擴(kuò)頻無線網(wǎng)絡(luò)雖然是新技術(shù)、新產(chǎn)品，但已是一套具有很強(qiáng)功能、性能可靠、符合協(xié)議的系列產(chǎn)品，與多種軟件和常用的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)相匹配，可以在廣泛的環(huán)境下支持各種以太網(wǎng)、令牌網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議。11.7無線網(wǎng)絡(luò)典型連接方式

11.7.1無線網(wǎng)絡(luò)典型連接方式無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的多種使用方式可以組合出適合各種情況的無線聯(lián)網(wǎng)方案，可以方便地解決許多以線纜方式難以滿足的需求。例如，數(shù)十千米遠(yuǎn)的兩個(gè)LAN相連，其間或有河流、湖泊相隔，拉線困難且線纜安全難以