[科普中国]-高性能无线局域网

简介

无线通信和移动通信业务量的巨大增长，多媒体应用的出现和因特网高速接入的需求都大大促进了宽带无线接入网络的发展。而目前无线通信网络大多是窄带的，且主要的业务是语音通信业务。第二代移动通信网络技术的演进和第三代移动通信网络技术的发展的目标都是使网络具有提供每无线信道2Mbit/s的比特速率的能力。所以,对于那些急需带宽、实时和交互的多媒体业务,可以通过高速无线局域网来实现。

欧洲电信标准化组织(ETSI)的宽带无线接入网络(BRAN)委员会提出了HIPERLAN/2标准。它工作在5GHz频段内，能够在企业、公共和家庭环境中为下一代移动通信提供高速的本地连接，并可以和IP、以太网、PPP、ATM和IEEE1394等多核心网络技术互连互通。它还包括一个面向UMTS的界面，可以作为其它面向第三代移动系统IMT-2000系列的界面基础。同时，美国的电子电气工程师协会(IEEE)和日本的无线电工业协会(ARIB)也都在5GHz的频段内制定了相关的宽带无线接入标准，它们的频谱分配如图1所示。

HIPERLAN/2标准主要为那些通信热点地区提供较高的数据速率，也就是大容量和高数据吞吐率。与蜂窝通信系统相比，它的典型应用环境为办公场所、家庭、展览中心、机场和车站等。HIPERLAN/2标准支持终端移动速度达到10m/s，另外，为了在低信噪比的情况下仍能保持通信链路和服务质量(QoS)，以及为了在通信范围和数据速率之间寻求平衡，它还提供了一种处理不同干扰和传输环境的方法。HIPERLAN/2主要是提供了一个灵活的平台，在这个平台上，对各种商用和家用多媒体应用提供高达54Mbit/s的数据速率。1

HIPERLAN/2的特点与现有的无线局域网相比，HlPERLAN/2具有下述特点，这就是HlPERLAN/2的独特之处：

(1) 通过接入点连接有线网络和其它网络。

(2) 采用正交频分复用(OFDM)调制方式。

(3) 系统利用同步和前向纠错技术。

(4) 通过时隙实现服务质量(QoS)。

(5) 自动频率分配。2

HlPERLAN/2的协议体系结构HlPERLAN/2的协议栈分为控制部分和用户部分。用户部分主要负责在已建好信道上的用户通信，控制部分主要负责对信道建立和释放等的控制和管理。图2为HlPERLAN/2的协议体系结构。从图中可以看出，HlPERLAN/2的协议结构由下到上可以分为三个基本层：物理层PHY、数据链路控制层DLC和会聚层CL。3

物理层HiperLAN/2物理层的传输方式为突发方式。这里的突发由前导部分和数据部分组成，其中数据部分传输的内容就是在上而数据链路控制层(DLC)信道中传输的内容。HiperLAN/2的物理层使用正交频分多路复用(OFDM)技术，这种技术在用于高度分散的信道时，具有优异的性能。协议规定信道间距为20MHz，这样每个信道不但可以具有高比特率，而且在分配的频谱内，可以提供的信道数量也比较合适(如欧洲为19条信道)。每条信道使用52个子载波，其中48个携带实际数据，其余4个携带导频信息。保护间隔的时长是800ns，这个时间足以使延迟扩散高达250ns的信道具有良好的性能。在较小的室内环境中，可以选用400ns时长更短的保护间隔。

物理层的一个重要作用是提供调制和编码功能。它不仅非常适合于当前的无线链路质量，而且能满足不同的物理层特性。HiperLAN/2还支持BPSK、QPSK和16QAM、64QAM等子载波调制方案。图3列出HiperLAN/2物理层的几种模式。3

数据链路层数据链路层(DLC)由无线接入点(AP)和移动终端(MT)之间的逻辑链路组成。DLC包括媒体访问和传输(用户部分)功能，以及用于终端/用户的连接处理(控制部分)功能。因此，DLC层主要由媒体访问控制(MAC)协议、差错控制(EC)协议以及各种信令和控制协议等组成。

MAC协议MAC协议主要用来对无线链路进行媒体访问控制。在HiperLAN/2中，无线接口是基于时分双工(TDD)和时分多址接入(TDMA ) ,媒体的时隙结构允许下行链路和上行链路可以在相同的时帧(在HiperLAN/2中称为MAC帧)中进行通信。下行链路和上行链路的时隙根据传输资源的需求动态分配。图4示出无线接口中的基本MAC帧结构。

在图4中，基本MAC帧具有2ns的固定时长，它包括用于广播控制、帧控制、访问控制、下行链路DL和上行链路UL、数据传输和随机访问等的传输信道。来自AP和MT的所有数据都分配专用的时隙进行发射。广播信道BCH中包含控制信息，这些控制信息通过每个MAC帧进行发送，并到达所有的MT。BCH提供有关传输功率级别、帧控制信道FCH和RCH的起始点和长度、唤醒指示器等信息。FCH详细描述了当前MAC帧中资源的分配情况。访问反馈信道ACH传输先前对RCH访问请求的有关信息。MT还使用随机访问信道RCH，为到来的MAC帧的上行传输或下行传输请求传输资源，并传输某些RLC信令信息。当MT发出的要求更多传输资源的请求增加时，AP将分配更多的资源给RCH。

差错控制(EC)协议HiperLAN/2中的差错控制协议使用选择性重传ARQ，主要控制在检测到比特错误时用户PDU的重发。EC机制还用来确保用户PDU按顺序传输到会聚层中。差错控制的方法是对每个连接中的每个被发射用户PDU分配一个序列号。链路控制信道中带有重传控制信息，当发生错误时，用户PDU可以被多次重传。

信令协议和控制无线链路控制(RLC)协议为信令实体连接控制功能ACF 、无线资源控制RRC功能和DLC用户连接控制DCC功能提供传输服务。这三者组成用于AP与MT之间交换信令信息的DLC控制部分。3

会聚层会聚层(CL)主要具有两个功能，一是将来自高层的服务请求适配成由DLC提供的服务；二是将具有可变或固定长度的高层数据分组(SDU)转换成可以在DLC中使用的固定长度数据分组。固定长度DLC数据的填充、分组和重组功能是实现HiperLAN/2网络连接独立于固定网络的关键。会聚层的结构使得HiperLAN/2非常适合于作为许多固定网络的无线访问部分(如以太网、IP网、ATM,IMT-2000等)。

HiperLAN / 2主要定义了基于信元和基于分组的两类不同的CL(如图5所示)，前者用于与ATM网络的相互连接，后者根据固定网络类型以及互连方式的不同，可以用于多种配置。

基于分组的CL中包括两个部分：(1)一个通用部件；(2)一个易于适配到不同配置和固定网络的由服务确定的部件。

通用部件的主要功能是将从服务特定的会聚子层(SSCS)中收到的数据包进行分组，并将从DLC中接收到的数据包在传输给对应的SSCS之前进行重组。在需要时，会聚层也进行增加/删除填充字节，以便使通用部件PDU成为一个整数DLC SDU。

以太网SSCS使HiperLAN/2网络看上去类似于交换式以太网的一个无线部分。它的主要功能是保存以太网帧。HiperLAN/2标准确定的以太网SSCS帧提供两种QoS方案：最佳效率方案和基于IEEE 802.1p的优先级方案。前者是强制支持的，它对所有的通信都同样对待;后者是可选的，它将通信分成为不同的优先级队列进行处理。3