宽带无线通信技术研究

党张轩

摘 要：近年来，互联网行业和计算机技术蓬勃发展，世界正在迈入大数据时代。随着4G+慢慢走入人们的视野，用户需求越来越广泛。5G、物联网以及云计算的融合终将推动智能网络的无限发展。而无线局域网作为现代无线通信技术中的重要组成部分以及智能网络中不可或缺的部分，在智能网络的未來发展中，必须保证其服务能够满足越来越“挑剔”的服务需求，包括高接入、高速率、高带宽等。本文对之前无线局域网的相关研究进行了分析并提出了对无线局域网发展的想法和研究。

关键词：无线局域网；IEEE 802协议体系；传输速率；带宽

中图分类号：TN915 文献标识码：A

近年来，计算机技术和互联网技术发展迅猛。在基础通信网络下，互联网广泛融合到各行各业，推动了市场对无线通信质量更高的需求，用户想要更高的带宽，更快的速率以及更棒的体验效果。无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它利用无线多址信道来支持计算机之间的通信并为通信的移动化、个性化、高效化、宽带化和多媒体应用提供了可能。

1.宽带无线通信技术

1.1 无线通信技术

无线网络利用无线电波实现与计算机设备的网络数据传送。无线局域网（WLAN）利用无线多址信道，使用无线射频（RF）技术，越空收发数据，减少电缆连接，可以让设备自由安排和搬动。通俗地说，无线局域网就是在不采用放弃缆线的同时，以电磁波为载体，接受或发送数据，提供以太网的功能，使网上计算机具有灵活性。

与传统的有线通信相比有以下几个优点：

（1）灵活度更高：在通信范围内不受环境距离的限制，而在有线通信网中，两个站点的距离被铜缆所限制。在有线通信网中，网络设备的按方位置受网络信息点限制，而在无线通信网中，信号覆盖区的任何一个位置都可接入网络。

（2）安全性能强：无线局域网技术本就起源于二战中的防窃听技术，无线局域网设置的第三方数据加密方案，使窃听者即使盗取了信号也难以解读其中的内容。

（3）安装便捷：在网络规划和实施建设过程中，网络布线工程往往需要破墙掘地、穿线架管，并且还要考虑城市规划等综合因素，所以施工周期最长、对周边环境影响最大，同时耗费成本也最多。而无线局域网最大的优势就是免去或减少了网络布线的工作量，组网速度快、工程周期短。无线扩频通信可以迅速数十分钟内组建起通信链路实现临时、应急、抗灾通信的目的。

就目前来看，随着WLAN的广泛使用和用户数的增加，出现了一系列的问题需要解决，如2.4G频段的拥挤、网络安全有待提高、QoS要求的应用增加等。于是IEEE开始了新一代WLAN标准的研究和制定，新一代WLAN标准是对现有标准的扩充和增加，是IEEE 802.11的扩展标准。除了IEEE 802.11a/b/g标准以外，还包括802.11e/f/h/i标准。

目前局域网规划中仍存在一些问题：覆盖范围、有效传输速率、网络容量。

1.2 无线通信技术发展及规划

1.2.1 当前无线通信技术存在的问题

就目前来看，随着WLAN的广泛使用和用户数的增加，出现了一系列的问题需要解决，目前局域网规划中仍存在一些问题：覆盖范围、有效传输速率、网络容量。

（1）覆盖范围与网络容量

在无线局域网网络规划中，整个网络的容量对系统性能的影响比接入点（Access Point，AP）的覆盖范围对系统性能的影响更大。因为如果在一个AP覆盖范围里，一个用户以1Mbit/s的速率联结，它将会使整个小区的传输速率下降，所以我们首先要设定一个AP发射功率门限，可以通过调整AP的发射功率来改变小区的大小，把小区设计得尽量小一些，这样在一个小区内的用户数不是很多，从而保证小区内的每个用户都有较高的传输速率。

现有的无线局域网在网络规划中的覆盖范围已经比较密集，在大中型城市接入点覆盖比较密集，这也满足了用户移动性的需求，用户可以在移动过程中不掉线地实时接入公共网。但每个接入点的覆盖范围却是有限的。所以，解决接入点的覆盖范围也是当今的一大技术难题。

（2）覆盖范围与传输速率

无线局域网传输速率和AP的覆盖范围有关，当无线局域网AP的覆盖范围增加时，网络的传输速率将会减少，因为一般的最大传输速率只能在非常靠近AP的范围内得到。

1.2.2 解决方案

随着用户数量和用户需求的急剧增加，无线局域网通信遇到了一些诸如传输速率峰值、带宽首先、接入点不足所引起的负荷增加等问题。为了满足更好的用户体验，要在这些方面进行优化主要是对AP位置的选择。选定单个无线AP接入的覆盖范围和使用标准类型，根据实际的测量和测试，得到一组候选的放置点和可能的用户终端的位置，可以根据这些候选点的位置和覆盖情况，根据以下的数学模型对无线AP的使用个数和放置地点计算出最优化的解，从而在整个网络的层次上初步得到一个比较合理的网络结构。令J={1，2...n}表示可能放置AP的候选地点；I={1，2...m}表示测试点或用户；对于每个AP，j∈J，令Ij包含于I表示被AP覆盖的测试点子集。无线局域网AP的优化目标是指选择一个最优候选AP子集S包含于J。

对求出的优化AP集合S的衡量要使用网络容量这个参数。由此可见，AP的覆盖范围很大程度上影响着传输速率。表1给出了不同的AP覆盖范围与传输速率的关系。

2.无线局域网的应用

由大数据推动的互联网行业和计算机技术的蓬勃发展，5G、物联网以及云计算融合推动的智能网络发展在未来终将会成为占据主要市场份额和影响人们生活方式的主流技术，而在这其中提供接入和速率保障的必然是无线局域网技术。无线局域网作为未来网络中的基础和桥梁，其扮演的角色是不可替代的，它的应用范围也十分广泛。

（1）4G

该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式。4G是3G与WLAN相结合的产物，能够快速传输数据、高质量音频、视频和图像信息等。4G能够以100Mbps以上的速度下载，比目前的家用宽带ADSL（4M）快25倍，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。很明显，4G有着不可比拟的优越性。而随着4G+和5G逐步进入市场并扩大份额，它们在4G的速率和带宽的基础上有了质的飞跃，却也离不开WLAN的助力。

（2）WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access）。

1999年，IEEE专门成立了IEEE 802.16工作组，为固定/移动模式下宽带无线接入定义WMAN的空中接口规范。

IEEE 802.16标准最初发布时受限于工作频段。IEEE 802.16a是经过进一步完善后发布的新的扩展协议，它加入了新的物理层技术，如利用OFDM来抵抗多径效应等，并对MAC层做了进一步强化，工作频段也扩展到了许可频段和非许可视频段支持非可视（NLOS）的接入方式。IEEE 802.16-2004是固定宽带无线接入系统的标准，是对IEEE 802.16、IEEE 802.16a和IEEE 802.16c的整合和修订。

基于IEEE 802.16标准的WiMAX主要分为两类：固定无线接入，可以提供点对点和点对多点的高速无线接入，作为家庭和办公室的无线DSL解决方案；移动WiMAX，以高速可变速率提供近似于目前移动蜂窝网的接入，并更好地支持基于IP的数据业务。

WiMAX作为互联网背景下一种新兴的宽带无线接入技术，具有速度快，传输距离远等优点，其数据传输距离最远可达50km。WiMAX还具有QoS保障，业务也丰富多样。WiMAX的采用了OFDM/OFDMA、AAS、MIMO等技术，随着技术标准的发展，WiMAX逐步實现宽带业务的移动化，而3G则实现移动业务的宽带化，两种网络的融合程度会越来越高。

目前，基于IEEE 802.16d空中接口标准的WiMAX技术正逐渐成为未来固定无线宽带接入的主流技术，毫无疑问，基于IEEE 802.16d的WiMAX技术会成为代替电缆和DSL接入的最佳性价比方案。

参考文献

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