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無(wú)線局域網(wǎng)HiperLAN/2標(biāo)準(zhǔn)綜述

2019-11-05 03:05:13
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供稿:網(wǎng)友

摘要:概況介紹了HiperLan/2標(biāo)準(zhǔn),以及鏈路和系統(tǒng)的性能。

要害詞:無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN) 無(wú)線接入 寬帶

一、概述

無(wú)線和移動(dòng)通信的快速發(fā)展、多媒體應(yīng)用的出現(xiàn)以及Internet接入的需要都刺激著無(wú)線寬帶接入網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。第二代移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)的改進(jìn)以及正在大力開(kāi)發(fā)的第三代無(wú)線通信網(wǎng)的目的就在于使網(wǎng)絡(luò)能夠提供無(wú)線信道上最高可達(dá)2Mbps的瞬時(shí)用戶比特率,從而大大提高分組數(shù)據(jù)和移動(dòng)多媒體應(yīng)用。同時(shí)對(duì)于局域網(wǎng)采用一些新的無(wú)線技術(shù)甚至可獲得更高的數(shù)據(jù)率。其中新一代WLAN技術(shù)��HiperLAN/2標(biāo)準(zhǔn)就是一例。

HiperLAN/2是目前最為完善的WLAN協(xié)議。它的特點(diǎn)是:高速傳輸、面向連接、支持QoS、自動(dòng)頻率配置、支持小區(qū)切換、安全保密、網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用無(wú)關(guān)。HiperLAN標(biāo)準(zhǔn)定義了許多支持無(wú)線網(wǎng)絡(luò)功能的信令和測(cè)量方法,包括動(dòng)態(tài)頻率選擇、無(wú)線小區(qū)切換、鏈路適配、多波束天線和功率控制等。HiperLan/2標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)目前無(wú)線接入系統(tǒng)的補(bǔ)充,與其它蜂窩系統(tǒng)比較,它的戶外移動(dòng)性雖然受到限制,但適用面廣,可在典型的應(yīng)用環(huán)境如辦公室、家庭、展覽廳、機(jī)場(chǎng)、火車站等熱點(diǎn)地區(qū),向終端用戶提供高速數(shù)據(jù)率和高性能。

二、HiperLan/2系統(tǒng)特點(diǎn)

在歐洲,HiperLAN有455MHz的頻譜資源,美國(guó)為300 MHz,日本則是100 MHz,并且在考慮更多的頻譜分配。這些頻段雖都在5GHz頻段中,但并不統(tǒng)一,ITU-R正努力在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)線局域網(wǎng)統(tǒng)一頻譜分配。

圖1是 HiperLAN/2的典型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。移動(dòng)終端(MT)通過(guò)接入點(diǎn)(AP) 接入固定網(wǎng),MT與AP之間的空中接口由HiperLAN/2定義。一個(gè)AP所覆蓋的區(qū)域稱為一個(gè)小區(qū),一個(gè)小區(qū)的覆蓋范圍在室內(nèi)一般為30米,在室外一般為150米。無(wú)線終端MT可以在HiperLAN/2網(wǎng)絡(luò)中自由移動(dòng),并保持與網(wǎng)絡(luò)間良好的傳輸性能。在某一個(gè)特定時(shí)間,移動(dòng)終端只能與一個(gè)接入點(diǎn)通信。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)進(jìn)行無(wú)線頻率配置。這一方式不同于以往無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的頻率規(guī)劃,系統(tǒng)配置更加方便。

圖1 HiperLAN/2網(wǎng)絡(luò)

HiperLAN/2是目前性能最高的WLAN技術(shù),其特點(diǎn)是:

  • 高速數(shù)據(jù)傳輸:由于采用了先進(jìn)的OFDM調(diào)制技術(shù), HiperLAN/2可以提供非常高的數(shù)據(jù)傳輸速率,其速率在物理層最高達(dá)54Mbit/s,在層三也可達(dá)25Mbit/s。在辦公室這樣的時(shí)間擴(kuò)散環(huán)境中,OFDM對(duì)多徑效應(yīng)的解決很有效。同時(shí), MAC采用了動(dòng)態(tài)TDD模式,使無(wú)線資源的利用更加有效。

  • 面向連接:與其它無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)不同,在HiperLAN/2網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的傳輸是面向連接的。在傳送數(shù)據(jù)之前,AP和MT之間通過(guò)HiperLAN/2控制層的信令預(yù)先建立連接。這種連接在空中接口上是時(shí)分雙工的,連接分點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接是雙向連接,點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)是單向連接��下行方向,從接入點(diǎn)到移動(dòng)終端。另外,HiperLAN/2還可以采用專用廣播信道,由同一個(gè)AP向所有移動(dòng)終端發(fā)送廣播消息。

  • QoS:HiperLAN/2面向連接的特性有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)QoS的支持。由于高傳輸率和對(duì)QoS的支持,HiperLAN/2可以同時(shí)傳輸不同類型的數(shù)據(jù)流,比如視頻、話音和數(shù)據(jù)等。

  • 自動(dòng)頻率分配:在每一接入點(diǎn)覆蓋區(qū)域中,接入點(diǎn)AP能自動(dòng)選擇適當(dāng)?shù)臒o(wú)線信道進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)。AP監(jiān)聽(tīng)鄰近小區(qū)及環(huán)境中的其它無(wú)線資源,根據(jù)最小干擾和資源不沖突準(zhǔn)則選擇適當(dāng)?shù)臒o(wú)線信道。

  • 安全性:HiperLAN/2網(wǎng)絡(luò)支持安全認(rèn)證和加密功能。

  • 移動(dòng)性:移動(dòng)終端與離它最近的一個(gè)接入點(diǎn)通信,確切的說(shuō),移動(dòng)終端與具有最好信噪比的接入點(diǎn)通信,因此,在不斷移動(dòng)的情況下,移動(dòng)用戶(終端)可能會(huì)偵測(cè)到一個(gè)無(wú)線傳輸性能更好的接入點(diǎn),于是,移動(dòng)終端將執(zhí)行一次切換,切換到一個(gè)新的AP中,所有已建立的連接都轉(zhuǎn)移到新AP上,移動(dòng)終端仍繼續(xù)與網(wǎng)絡(luò)保持通信。當(dāng)然,在切換過(guò)程中,有可能會(huì)丟失一些數(shù)據(jù)包,而且,假如移動(dòng)終端超出HiperLAN/2網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間,將會(huì)失去與網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系,所有連接將被釋放。

  • 網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用無(wú)關(guān):HiperLAN/2網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧具有靈活的體系結(jié)構(gòu),很輕易適配并擴(kuò)展不同的固定網(wǎng)絡(luò)。例如,HiperLAN/2可被用作交換式以太網(wǎng)的無(wú)線部分;同樣,HiperLAN/2也可作為第三代蜂窩網(wǎng)絡(luò)的接入網(wǎng)使用。目前在固定網(wǎng)上運(yùn)行的所有應(yīng)用都可以在HiperLAN/2上運(yùn)行。

  • 省電:HiperLAN/2的省電機(jī)制是基于MT對(duì)睡眠期的初始約定。移動(dòng)終端可以在任何時(shí)間要求AP進(jìn)入低功率狀態(tài),并且請(qǐng)求特定的睡眠周期。睡眠周期結(jié)束時(shí),移動(dòng)終端將檢測(cè)有無(wú)AP發(fā)來(lái)的激活指示,假如沒(méi)有檢測(cè)到,則進(jìn)入下一個(gè)睡眠周期,繼續(xù)保持低功率狀態(tài)。AP暫不發(fā)送用戶數(shù)據(jù),等睡眠期結(jié)束后才開(kāi)始發(fā)送??梢愿鶕?jù)對(duì)反應(yīng)時(shí)間和低功耗的要求,選擇不同的睡眠周期。

三、協(xié)議體系結(jié)構(gòu)

    HiperLAN/2無(wú)線接口的協(xié)議參考模型如圖2所示,HiperLAN/2的協(xié)議棧分成控制平面和用戶平面兩部分。用戶平面的功能是在已經(jīng)連接的連接上傳輸數(shù)據(jù);控制平面的功能是控制連接的建立、釋放和監(jiān)控。HiperLAN/2協(xié)議包括三個(gè)基本層:物理層PHY、數(shù)據(jù)鏈路層DLC和匯聚層CL。

圖2 HiperLAN/2協(xié)議參考模型


1、物理層PHY

    HiperLAN/2的物理層以一定長(zhǎng)度的突發(fā)脈沖串(Burst)格式傳輸數(shù)據(jù)單元,每一個(gè)burst分成前導(dǎo)碼(PReamble)和數(shù)據(jù)兩個(gè)部分。

    HiperLAN/2采用了OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)調(diào)制方案,非凡適用于信道呈發(fā)散狀分布的系統(tǒng),HiperLAN/2的信道間隔為20MHz,可以支持非常高的傳輸速率,是信道數(shù)目和傳輸高速率的一種折衷(如在歐洲采用了19個(gè)信道)。每一個(gè)信道又分成52個(gè)子信道。為抑制子信道之間的干擾,每個(gè)子信道之間的頻率間隔為312.5kHz,其中48個(gè)子信道用于傳送數(shù)據(jù),另外4個(gè)子信道用于提供系統(tǒng)同步的導(dǎo)頻信號(hào)。信道的傳輸時(shí)延一般不超過(guò)250ns,采用800ns 的保護(hù)間隔時(shí)間足以滿足要求,在比較小的室內(nèi)環(huán)境中,可以采用400ns的更短的保護(hù)間隔時(shí)間。

    在HiperLAN/2的收發(fā)端使用FFT信號(hào)處理方式可以有效地實(shí)現(xiàn)OFDM,這樣,與傳統(tǒng)的FDM系統(tǒng)相比,采用OFDM的HiperLAN/2系統(tǒng)可大大降低硬件設(shè)備的復(fù)雜度,并且有效提高頻譜利用率,在時(shí)間擴(kuò)散環(huán)境中盡可能的抑制因多徑傳輸而產(chǎn)生的符號(hào)間干擾和碼片間干擾。

    與3G等類似,為了適應(yīng)不同的業(yè)務(wù)要求和鏈路條件,HiperLAN/2的物理層可以提供多種傳輸方式(采用不同的調(diào)制和編碼方式),由高層協(xié)議根據(jù)具體要求而定。

2、數(shù)據(jù)鏈路控制層DLC

數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)建立移動(dòng)終端和接入點(diǎn)之間的邏輯鏈路。它的功能包括用戶面的媒體訪問(wèn)和傳輸及控制面的聯(lián)接處理,因此,DLC(Data Link Control)層包括MAC協(xié)議、差錯(cuò)控制協(xié)議(EC)和無(wú)線鏈路控制協(xié)議RLC三個(gè)子層。

  • MAC協(xié)議

    MAC協(xié)議用于發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)控制對(duì)物理介質(zhì)的訪問(wèn)。無(wú)線接口基于TDD和動(dòng)態(tài)的TDMA多址方案,采用的時(shí)隙結(jié)構(gòu)在HiperLAN/2中稱作MAC幀。根據(jù)所需要的傳輸資源動(dòng)態(tài)地分配上下行鏈路的時(shí)隙,基本的MAC幀時(shí)長(zhǎng)固定為2ms,包括廣播控制信道、幀控制信道、接入控制信道、上下行數(shù)據(jù)傳輸和隨機(jī)接入。AP和MT所有數(shù)據(jù)的傳輸都在專用的時(shí)隙上傳輸,但隨機(jī)接入信道存在一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。廣播控制的持續(xù)時(shí)間是固定的,而其它部分的持續(xù)時(shí)間要依據(jù)當(dāng)時(shí)的傳輸條件而定。MAC幀和傳輸信道組成數(shù)據(jù)鏈路層DLC和傳輸層PHY之間的接口。

  • 差錯(cuò)控制協(xié)議EC

    差錯(cuò)控制機(jī)制有助于提高無(wú)線鏈路的可靠性,系統(tǒng)采用可選擇重復(fù)ARQ。這里的EC功能是檢測(cè)位錯(cuò),有位錯(cuò)時(shí)重發(fā)U-PDU,也保證U-PDU按順序發(fā)送到匯聚層,方法是給每個(gè)連接上的U-PDU分配一個(gè)序列號(hào),ARQ應(yīng)答的正確或錯(cuò)誤消息在LCCH上傳送,一個(gè)U-PDU可以被重發(fā)多次(次數(shù)可以設(shè)定)。

    為保證一些實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)如語(yǔ)音等應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量,系統(tǒng)答應(yīng)丟失一些U-PDU。因?yàn)橹匕l(fā)方式導(dǎo)致一些數(shù)據(jù)陳舊時(shí)(如超過(guò)重發(fā)次數(shù)的上限),EC協(xié)議上的發(fā)送方將會(huì)發(fā)起“丟失機(jī)制”,將該P(yáng)DU以及這個(gè)DUC上其它待發(fā)的U-PDU全部丟失(發(fā)送時(shí)U-PDU序列號(hào)依次減小),這就導(dǎo)致DLC有效連接上的PDU存在殘缺,假如需要,答應(yīng)更上層恢復(fù)這些丟失的數(shù)據(jù)。

  • 無(wú)線鏈路控制協(xié)議RLC

    RLC協(xié)議為信令實(shí)體提供傳輸服務(wù),主要處理三種控制功能:用于鑒權(quán)、密鑰治理、關(guān)聯(lián)(Association)、取消關(guān)聯(lián)(Disassociation)以及加密種子(Encryption Seed)的關(guān)聯(lián)控制功能(ACF);無(wú)線資源控制(RRC)功能治理切換、動(dòng)態(tài)頻率選擇、移動(dòng)終端的激活和釋放、省電以及功率控制;DLC用戶連接控制功能(DDC)用于建立和釋放用戶連接、多點(diǎn)傳送和廣播。

    總之,RLC用于在一個(gè)接入點(diǎn)和移動(dòng)終端之間的控制面中交換信令數(shù)據(jù)。例如,移動(dòng)終端通過(guò)RLC信令形成和接入點(diǎn)的聯(lián)系,完成這個(gè)聯(lián)系過(guò)程后,移動(dòng)終端可以請(qǐng)求一個(gè)專業(yè)控制信道建立無(wú)線載體(Radio Bearers)。在HiperLAN/2中,無(wú)線載體稱為DLC連接。

3、匯聚層CL

    匯聚層CL(Convergence Layer)基本結(jié)構(gòu)如圖3所示,它有兩大主要功能:使來(lái)自高層的服務(wù)請(qǐng)求與DLC層提供的服務(wù)適配;將高層固定或可變長(zhǎng)度的分組整理成適合一個(gè)個(gè)固定長(zhǎng)度的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元(SDU)在DLC中使用,可采用填充、分割、重新組裝成用于DLC內(nèi)的固定長(zhǎng)度的 SDU。固定長(zhǎng)度DLC業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元的填充、分割和重組是一個(gè)要害特征,它使得DLC和PHY層脫離開(kāi)主干網(wǎng)獨(dú)立存在而不必關(guān)心HiperLAN接入何種網(wǎng)絡(luò)中,系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單。CL的通用結(jié)構(gòu)使HiperLAN足以稱為寬帶無(wú)線接入網(wǎng),可接入不同固定網(wǎng)絡(luò),如以太網(wǎng)、IP網(wǎng)、ATM和UMTS等。

圖3 匯聚層基本結(jié)構(gòu)

    匯聚層有兩種類型:一是單元式匯聚層,其高層有固定長(zhǎng)度的分組,如HiperLAN接入ATM網(wǎng)絡(luò)的情況;二是分組式匯聚層,其高層的分組長(zhǎng)度不固定,如HiperLAN接入以太網(wǎng)的情況。分組式的匯聚層包括公共部分(Common Part)和業(yè)務(wù)細(xì)節(jié)(SSCS:Service Specific Convengence Sublayer)兩個(gè)部分,這樣可以適配不同網(wǎng)絡(luò)。


四、結(jié)束語(yǔ)

HiperLAN/2提供了一個(gè)適用于小范圍(150米)、高速(54Mbit/s)無(wú)線接入系統(tǒng)。研究表明在大部分環(huán)境下,它都可以具有很高的性能。 HiperLAN/2所具有的QoS支持、可選擇重復(fù)ARQ、鏈路適配以及動(dòng)態(tài)頻率選擇等特征,使得這樣一個(gè)系統(tǒng)可以在傳播條件不斷變化、干擾嚴(yán)重的無(wú)線環(huán)境下得到很好的應(yīng)用。



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