使用频带交错技术实现视频和数据混合业务

为得到视频流所需的可靠、高吞吐量的连接，5GHz Wi-Fi是实现家庭媒体网络的关键。本文描述的频带交错技术允许接入点在2.4GHz和5GHz两个频带之间交替工作，这为实现5GHz Wi-Fi产品提供了一种具有成本效益的方法。

在过去两年里，基于802.11b和802.11g的Wi-Fi产品的销售实现了惊人增长。像iSuppli这样的市场研究公司预测，2004年无线网络接口的付运量将超过8千万个，并将逐年增加到2008年的2亿个以上。但是它的快速普及已经造成基于IEEE 802.11b和802.11g标准的第一代网络用户可用的有限信道资源的拥塞。不利的是，由于在2.4GHz频带中只有3个非重叠信道，只剩下很少的容量来满足多媒体网络的高吞吐量需求。随着产量的增加，Wi-Fi产品的价格已经下降，这为开拓简单数据网络以外的市场创造了机遇。

图1 Wi-Fi网络提供多媒体家庭 连网的解决方案，允许在频带上将数据 和视频流分开。

一个特别重要的领域是家庭网络，多媒体PC、宽带连接和在多个房间里放置的数字电视正驱动着对低成本、高性能网络解决方案的需求。对于可靠性和用户体验一致性非常重要的大众消费市场而言，重要的目标是一种将数据和多媒体网络相结合，并同时确保它们不互相影响的方法。网络拥塞以及来自使用2.4GHz频带的微波炉等家庭设备的高强度干扰，意味着采用802.11g将无法获得视频流所需的可靠、高吞吐量的连接。因此，消费电子生产商在802.11a标准使用的5GHz无线电频带寻找解决方案。

开启新的信道

当用户对带宽需求增加的同时，会造成WLAN信道的拥塞。传统的数据网络与多媒体网络之间主要的不同是数据传输量和可靠性。一封电子邮件或网页可以被延迟数秒钟，而一个视频或一次通话不能被中断来让路于其他的网络用户。服务质量(QoS)协议，尤其是WMM(Wi-Fi联盟互操作性标准)提供了一个解决方案，确保给多媒体网络传输流的优先级高于数据传输流。为可靠地传输高质量的视频和语音，可支持QoS以及网络能正确地为这些数据包分配比后台数据或“尽力而为”的数据更高的优先级，是非常重要的。如果没有QoS，802.11网络会和所有与接入点关联的客户机平分可用的带宽。尽管QoS是802.11解决方案中的一个重要元素，但和任何其他的无线系统一样，它无法控制来自重叠网络或射频噪声源的干扰。

尽管2.4GHz频带可能很拥挤，但Wi-Fi可以通过使用5GHz频带中高达24个额外的可用信道提供一个解决方案。这些信道之间已有20MHz的间隔，因此Wi-Fi用户之间不会重叠。由于在接入点和客户机里都需要能支持2.4GHz和5GHz频带，所以采用这个频谱的速度一直很缓慢。具有成本效益的双频带客户机目前已相当普遍，但是，虽然双频带接入点确实存在，它们的实现成本还相对昂贵。与客户机不同，双频带接入点必须同时在两个频带上工作，以支持只能在三个信道中的一个上工作的11b和11g设备的大量用户数，并且提供5GHz频带中可用的24个额外信道。

截至目前为止，实现同时工作在两个频带的唯一方法一直是采用两个独立的无线电部分，而无线电部分是节点中最贵的。此外，由于它还必须处理两个同步数据流，所以双频带接入点通常比单频带设备更需要一个处理能力强大的CPU。因此，双频带接入点的成本几乎是单频带接入点的两倍，使典型的材料清单(BOM)至少增加20美元的成本。这种成本负担让网络运营商不太愿意采用802.11a。

意法微电子提出了一种替代方案-频带交错，它几乎消除了这种成本负担。频带交错允许接入点快速地在两个频带之间交替工作，而不是同时工作在两个频带上。采用“零中频”无线电设计可以共享两个无线电频带的频率合成器以及到上变频混频器的其它器件。共享元件使无线电设计只占用比1平方毫米多一点的晶片面积，这样双频无线电的成本只比单频无线电高一点点。因此，一个频带交错接入点的成本只比传统的单频接入点稍微高一点，其典型材料清单的成本增加不到5美元。

图2：频带交错是通过在两个频带之 间快速交替实现，工作在每个频带上的时间 是根据网络流量动态确定。

频带交错对用户而言实际上是透明的。它使用已有协议来管理两个频带所代表的独立信道，因此用户节点无需任何特殊的软件。当接入点使用一个频带时，频带交错防止客户机节点在另外一个频带上发送信号，因此当节点在另一个频带时不会有明显的业务损失。当接入点更换频带时也不会有明显的损失。频带交错采用频带切换速度足够快(小于20微秒)的无线电，因而对TCP和802.11信令协议而言是不可见的。

频带交错还通过智能管理两个信道之间的替换提供透明性，这样信道就不会表现出只有期望值一半的数据吞吐量。有两种方法可以管理频率的轮换。一个是静态的--接入点接入点以固定的间隔时间在每个频率上工作；另外一个是动态的--接入点根据在任何给定时刻频带中的数据流量为每个频带分配一段时间。频带交错利用动态分配在每个频带上的时间使吞吐量最大化，或者通过给一个频带分配最少的时间来提供另外一个等级的QoS。例如，在提供对传统11b/g的支持之前，先确保对实时性要求很高的11a视频流的支持。

在使用频带交错接入点时，网络的运行非常直接明了。如果网络里同时有802.11a和802.11b/g客户机，每个客户机将在各自的信道上发现接入点，并以通常的方式连接。这实际上构成了两个网络，这两个网络一起连接到接入点，并在需要时专门用来满足特定需求，例如，在家庭网络中，可以将宽带互联网接入提供给11b/g数据客户机，而11a网络则可保留给机顶盒、无线LCD TV或高清等离子电视屏中内嵌的11a客户机的视频流使用。

一个与频带交错接入点进行交互的双模数据客户机将在它的两个信道上发现接入点。这让应用程序可以自由选择使用这两个信道中的任意一个，或者选择11a传输视频，或者选择11g发送电子邮件。

对设备设计者而言，现已可以使用频带交错技术，通过安装ST的STLC8000频带交错无线电器件，该技术可以将任何单频带AP升级到能同时在双频带工作。此芯片组系列包括针对miniPCI和CardBus32的参考设计，以及快速开发出具有先进频带管理功能(能增加任何网络容量和性能)的频带交错接入点所需的所有软件。

作者：John Prince

无线局域网事业部消费产品营销经理

意法微电子公司