IEEE802.11b无线局域网接入点设计

随着计算机技术和网络技术的蓬勃发展和电信市场的开放，目前各种高速率的宽带接入方式不断涌现，特别是无线网络的应用领域正在不断地增长。而基于IEEE 802.11无线以太网标准的宽带无线接入系统则凭借其高达11M~54Mbps的数据传输速率，及其建网速度快、运营成本低和投资成本回报快等特点，正逐渐受到电信制造和运营商的青睐。

IEEE802.11规范包括介质访问控制(MAC)和物理层的操作，它定义了MAC子层、MAC服务和协议以及由跳频扩频(FHSS)、直接序列扩频(DSSS)及红外(IR)构成的三类物理层。FHSS可以同时使用多达4个频率来发送信息，并且一个频率在跳到新的频率之前保持较短时间。DSSS的工作方式是把数据分成几个码片(chip)，并以尽可能多的不同频率同时发送这些码片，此种方式更容易受到较多的干扰影响。

目前WLAN的两种流行规范分别是802.11b和802.11a，在应用中分别采用DSSS和OFDM的编码方式。802.11b通信频带为2.4GHz，数据率为11Mbps，物理层采用高速直接序列扩频技术HR-DSSS。调制方式有两种：一种是采用补码键控(CCK)调制，从而达到11Mbps的数据率，另一种则采用信息包二进制回转式编码(PBCCTM)调制，并具有3dB的编码增益，从而延伸了通信的实用距离，可优化5.5~11Mpbs的速率。802.11a的频带为5.2GHz，数据率高达54Mbps。与单个载波系统的802.11b不同，它运用了提高频率信道利用率的正交频分多址(OFDM)的多载波调制技术，在低移动性无线条件下提供更高的数据率、更好的频谱效应，改进的信道多径效应和更低的干扰。

802.11体系结构由以下几个互联单元来描述：无线设备或电台、接入点、无线介质、分布式系统(DS)、基本服务装置(BBS)、扩展服务装置(ESS)以及工作站和分布服务。所有这些设备完成一个无缝链接，可使无线设备在WLAN区域自由漫游。

接入点的三种实现形式

主机AP方式。主机AP方式是软件程序通过主机的CPU来运行并完成几乎所有的802.11b控制功能，例如Neesus Datacom公司的11Mb 802.11b软AP方案和Absolute Value Systems公司的Linux AP方案。Neesus公司的程序通过主机AP固件的应用编程接口(API)将呼叫调用至用户卡。这种方式需要主机的CPU不低于486处理器的性能，并且至少具有100MHz的时钟，另加一个操作系统，如Windows, VXWorks, Linux, Nucleus等。应用软件和主机AP程序可执行所有的802.11b功能并附带路由、网桥协议和管理等功能。

主机AP产品主要有Neesus公司的软件AP，Cisco 公司的AP340和350系列，Nokia、 Absolute Value Systems Linux AP(Power PC专用) 和ZoomAir AP等产品。大多数的无线AP产品至今仍以主机式AP为主。这种方式必须占有较强的CPU资源。其中多数AP产品主要采用以下几种CPU： x486或更高、Elan450、MediaGx处理器、Power PC或68360系列，这种方式因其软件程序较易更改而具有很强的灵活性。要执行IEEE802.11e的EDCF和EPCF的服务质量(QoS)，主机必须采用更快的CPU和更加实时的操作系统(RTOS)。

采用第三代码(Tertiary Code)的固件方式AP。固件方式AP采用第三代码在用户转换卡上执行802.11b功能，主机CPU仅需完成802.11b的参数设定，如信道、网络模式、同步序列和WEP等，以及路由、网桥协议和管理等功能。此方式可降低AP的主机CPU成本，并占用较少的系统资源。在系统处于机站模式时，用户卡功率消耗会有所上升，第三代码由主机CPU上的初级和第二级码生成并被下载到用户卡的SRAM内，然后再将它转换而成802.11b识别的AP代码。几乎所有802.11b的功能都可在此用户卡上完成。主机CPU仅用于控制设置和管理功能(非时实性)，发送来自于MAC控制器的发射和接收数据包以及路由、网桥等协议。

第三代码固件方式非常适于单点的AP。Lucent和Enterasys(Cabletron)公司采用它制造单点AP，Apple Airport公司的产品也为Tertiary AP产品。这种方法的缺点在于用户必须从Intersil公司获得第三代码的固化软件，在没有固化程序的源码和专门技术支持的情况下，不可以写入和修改程序代码。

在现有的CHOICE MAC平台上，这类用户卡转换的AP可能没有可高达每秒百万条指令(MIPS)的足够速率执行AP下的EDCF或EPCF等服务质量(QoS)。它们较适用于嵌入式的设计，可用于PCMCIA、MiniPCI甚至USB卡。

带自身固化程序的固件方式AP。此AP方式带有自身固件程序和硬件设计，并采用了特定AP功能的固件。AP的无线装置通常采用固定式设备。例如Intersil公司的1148A参考设计便所用了这种AP方式。它为自备装置提供了最低成本的方案。采用该方式目前的缺点在于用户即使采用了ARM内核，仍不能修改固件指令。但将来可部分开放固化程序，以便于用户开发并增强AP的性能和管理功能。

PRISM 接入点芯片方案

PRISM系列无线局域网的接入点控制芯片为ISL3856，它有一个ARM940内核，可执行IEEE 802.11b MAC协议并具有以太网网桥功能，OEM用户可用该款芯片制造低成本、高性能的AP产品。

图为典型的PRISM 2系列AP原理方框图，其中的芯片组如下图所示分别为：

ISL3856 - WLAN 接入点(AP)控制器；

HFA3863 - 带耙子(Rake)接收和均衡器的基带处理器；

HFA3783 - I/Q 调制/解制器和混频器；

HFA3683A - 2.4GHz 射频/中频转换器和混频器；

HFA3983 -2.4GHz 内置功率放大器的检测器。

性能指标：

可变数据率 11, 5.5, 2和1Mbps；

频率宽度 2.4GHz ISM带宽；

灵敏度 (误码率8xE-5)，-83dBm (11Mbps)；

发射功率输出 最小值为14.8dBm，典型值为16.2dBm，最大值为17.0dBm；

双模式 IEEE 802.11b - 2, 5.5及11Mbps；

通信距离 125英尺室内距离(11Mbps)。

PRISM系列的AP芯片解决方案包括参考设计、评估板套件、固件程序指令等。该系列产品已获得无线以太网兼容联盟(WECA)认证，能确保不同制造商的产品间相互的兼容性。ISL36356A高集成的接入点(AP)设计适合家庭、小型办公室及企业等无线局域网络应用的场所。

这款AP产品可为用户提供两个变体软件包。一种是AP的主体软件开发包，其中包含可执行AP的密匙，用户可以根据它进行全面的测试和快速地对软件模块进行整合。

第二种为AP的开发套件，可方便用户开发实际的产品。此套件基于Linux开发平台，拓展和增强了应用编程接口(API)的功能，从而满足专用市场的需求，并且因其极高的灵活性在市场上独领风骚。

ARM940内核的MAC处理器采用开放式的Linux操作系统，为AP产品的功能开发提供了一个灵活的和扩展性的开发平台。由于Linux操作系统具有超强的源码区开放特性，因此更便于用户在AP上开发新增功能。

ISL3856采用uClinux这种专用的Linux嵌入式操作系统来优化程序的大小。uClinux的应用程序接口(API)与标准的Linux API一样。

AP的开发平台套件包含以下几个基本功能：

DHCP用户、自动和固定IP模式；

Web结构的界面及简单网络管理协议(SNMP)；

方便Web升级，故障保护(failsafe)功能固件；

802.1x 安全标准；

无线分布式系统 (WDS)；

核心程序支持路由、网络地址转换(NAT)和防火墙；

802.1d 标准的树状子图协议(STP)。

开发平台可由源代码区开放的应用程序通过导出文件协助加入以上这些功能。当然，用户也可以自行编写应用程序，这时的源程序可以保持关闭状态。

参考文献：

1.Designing a Wireless Network - Written By: Jeffrey Wheat (USA)

2.Wireless Local Area Network - Written By: Jim Geier (USA)

3.INTERSIL PRISM WLAN chips datasheet - Web Site: http://www.intersil.com

作者：

印宁华

技术支持工程师

Intersil公司

email: ryin@intersil.com