802.11技术的演进及其应用需求分析

第一代802.11设备初始数据率只有1~2Mbps。随着802.11b的扩展，WLAN带宽已增加到11Mbps，已可为电子邮件、文件共享和互联网应用提供足够的带宽。而802.11g数据率则达到了54Mbps，可实现音乐流以及其它丰富多媒体应用。

802.11a标准将所支持的频谱定义为5GHz，802.11a所提供的数据率与802.11g相同，不过它不能后向兼容先前的802.11标准。随着无线多媒体设备的普及以及高带宽应用的增加，需要WLAN具有更高的数据率。为此，IEEE成立了802.11n工作组着手开发新的WLAN标准。本文讨论802.11n的新特性、应用需求，以及与该标准相关的互操作性方面的问题。

核心技术MIMO

802.11采用直序扩频码分多址(DS-CDMA)调制技术。由于2.4GHz频段是开放频段，可被多种无线技术利用，因此无线设备间的干扰是一个值得关注的问题。有一些“貌似可行”的技术据说可将数据率增加到54Mbps以上：

1. 将信道带宽增加到40MHz，可以将数据率有效增加到108Mbps：但是，平行信道数从4个减少到2个，而且互操作性也将是问题；

2. 改进调制技术：不过6?QAM(正交幅度调制)技术已达极限，无法改进；

3. 改进编码方案：目前编码方案已达极限，无法改进；

显然，采用上述的这些技术来增加数据吞吐量是不可行的。最终，唯一可行的方案是在相同的并行信道上来传输多个数据流，即采用可控的多入/多出(MIMO)方式。

MIMO技术基于图1所示的模型。采用MIMO技术，原始的数据流在发射端被分成多个子流，然后利用不同的天线进行发射。反过来对于接收机也是如此。发射机天线和接收机天线之间的关系就是人们熟知的信道模型。

该信道的数学描述由图2所示的矩阵来表示。

图2：信道模型矩阵。

接收机的任务是计算矩阵，因为它是一个可改变的常量。任何时候，接收机和发射机都可移动，即环境可改变。为进行动态重新计算，发射机发射一个前导信号(Preamble)，这是一个通过所有天线发射的固定波形，带有少许延迟。接收机侦听该前导信号，以便理解什么数据将到达，并且如何为随后到达的发射数据包构建发射矩阵。在训练阶段完成后，真正的数据传输才根据MIMO的顺序安排开始。

图1：MIMO技术模型。