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802.11g关键技术讲解和协议性能分析

(2005-02-23 09:09) (韩旭东 张春业 曹建海) (世界电信)
导读--2003年7月IEEE802.11工作组批准了IEEE802.11g草案,该标准成为人们关注的新焦点。


  IEEE802.11g的性能分析

   尚未正式成为标准的IEEE802.11g草案由于其不同的特点,成为人们关注的焦点。IEEE802.11g与IEEE802.11b的兼容性,与同频设备的共存能力及OFDM技术自身的问题将成为研究热点。

  1.IEEE802.11g的兼容性

  IEEE802.11g兼容性指的是IEEE802.11g设备能和IEEE802.11b设备在同一个AP节点网络里互联互通。IEEE802.11g的一个最大特点就是要保障与IEEE802.11b Wi-Fi系统兼容。IEEE802.11g可以接收OFDM和CCK数据,但传统的Wi-Fi系统只能接收CCK信息,这就产生了一个问题,即在两者共存的环境中如何解决由于IEEE802.11b不能解调OFDM格式信息帧头所带来的冲突问题。而为了解决上述问题,IEEE802.11g采用了RTS/CTS技术。

  最初,IEEE802.11引入RTS/CTS机制是为了解决隐蔽站问题,即发送站检测不到另一个站在发送数据,因而在接收站发生碰撞的情况。

  IEEE802.11b与IEEE802.11g混合工作的情况与隐蔽站问题非常相似,IEEE802.11b设备无法接收OFDM格式的IEEE802.11g的信息帧头,因此可以采用RTS/CTS机制来解决。在IEEE802.11g和IEEE802.11b混合工作的环境中(即在同一AP服务区中既有IEEE802.11g设备也有IEEE802.11b设备),每一工作节点在传输数据信息前,必须发送一个RTS(Ready to send)帧给AP,从AP返回一个CTS(Clear to send)帧,就开始传送数据。工作台发送RTS到AP节点返回CTS信号,这样所有的工作台都能收到信号,从而避免了混合站点间的碰撞,解决了两者的兼容问题(RTS和CTS信号都采用CCK信号)。RTS/CTS机制也带来了系统的额外开销,因而数据速率率比只使用OFDM的IEEE802.11a系统低,但对于向下兼容并将要被取代的IEEE802.11b系统来说,数据速率又有很大的提高,因此折衷来看IEEE802.11g还是具有很大的优势。对于现在的IEEE802.11g系统,每一个AP监视它旁边的移动设备,当没有IEEE802.11b的设备时,系统会自动取消RTS/CTS机制,相应地增加了系统吞吐量。当未来的IEEE802.11g系统,完全替代IEEE802.11b产品,只使用OFDM调制技术时,与IEEE802.11a系统相比就具备优势了。

  2.同频共存性

  同频共存性指工作在同一频段的无线设备可以互不干扰地进行各自的通信。目前,2.4 GHz ISM频段日益拥挤,越来越多的无线系统选择工作在此频段,例如Wi-Fi系统、蓝牙、无绳电话、微波炉等。这些系统间存在的干扰问题会严重影响系统的通信性能。因此使用OFDM技术的IEEE802.11g设备也要解决同频干扰问题,提高系统间的共存性,以增强系统性能。

  3.OFDM问题分析

  IEEE802.11g首次在2.4 GHz频段使用OFDM作为其关键技术来提高系统的传输速率, OFDM技术结合了多载波和频移键控调制,与单载波系统相比存在一些问题有待解决。因此,OFDM本身的特点会影响IEEE802.11g的性能表现。

  (1)易受频率偏移的影响

  由于子信道的频率相互覆盖,这就对它们之间的正交性提出了严格的要求。然而由于无线锡闹存在时变性,在传输过程中会出现无线信号的频率偏移,例如多普勒频移,或者由于发射机载波频率与接受机本地振荡器之间存在频率偏差,都会使得OFDM系统子载波之间的正交性遭到破坏,从而导致子信道间信号的相互干扰(ICI),这种频偏敏感性是OFDM系统的主要缺点。

  (2)存在较高的峰值平均功率比

  与单载波相比,由于多载波调制系统的输出是多个子信道信号的叠加,因此如果多个信号的相位一致时,所得到的叠加信号的瞬间功率会远大于信号的平均功率,导致出现较大的峰值平均功率比(PAR)。这样就对发射机内放大器的线性提出了很高的要求,如果放大器的动态范围不能满足信号的变化,则会为信号带来畸变,使叠加信号的频谱发生变化,从而导致各个子信道信号之间的正交性遭到破坏,产生相互干扰,使系统性能恶化。目前,IceFyre公司正在开发一种低PAR的OFDM芯片,准备在IEEE802.11g系统中使用。另外,2.4 GHz频段的OFDM技术可以保证低PAR且功耗较低,这都将有利于IEEE802.11g系统的推广和应用。

  总 结

  IEEE 802. 11g有很多优势。首先是短期优势,即能与IEEE802.11b产品兼容,使WLAN向高速平滑过渡,延长了IEEE802.11b产品的使用寿命,减少了用户的投资;其次是长期优势,今后WLAN的产品可以使用双频多模方式,即在2.4 GHz和5 GHz频段同时支持IEEE802.11b,IEEE802.11a和IEEE802.11g物理层标准,在两个频段上都使用OFDM调制技术,提高数据传输速率。综上所述,IEEE802.11g是一种具有巨大发展潜力的WLAN标准,它必将以高传输速率和灵活组网特性发挥重要作用。

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