高性能無線局域網

無線通信和移動通信業務量的巨大增長，多媒體應用的出現和因特網高速接入的需求都大大促進了寬帶無線接入網絡的發展。而目前無線通信網絡大多是窄帶的，且主要的業務是語音通信業務。第二代移動通信網絡技術的演進和第三代移動通信網絡技術的發展的目標都是使網絡具有提供每無線信道2Mbit/s的比特速率的能力。所以,對於那些急需帶寬、實時和交互的多媒體業務,可以通過高速無線局域網來實現。

歐洲電信標準化組織(ETSI)的寬帶無線接入網絡(BRAN)委員會提出了HIPERLAN/2標準。它工作在5GHz頻段內，能夠在企業、公共和家庭環境中為下一代移動通信提供高速的本地連接，並可以和IP、以太網、PPP、ATM和IEEE1394等多核心網絡技術互連互通。它還包括一個面向UMTS的界面，可以作為其它面向第三代移動系統IMT-2000系列的界面基礎。同時，美國的電子電氣工程師協會(IEEE)和日本的無線電工業協會(ARIB)也都在5GHz的頻段內製定了相關的寬帶無線接入標準，它們的頻譜分配如圖1所示。

HIPERLAN/2標準主要為那些通信熱點地區提供較高的數據速率，也就是大容量和高數據吞吐率。與蜂窩通信系統相比，它的典型應用環境為辦公場所、家庭、展覽中心、機場和車站等。HIPERLAN/2標準支持終端移動速度達到10m/s，另外，為了在低信噪比的情況下仍能保持通信鏈路和服務質量(QoS)，以及為了在通信範圍和數據速率之間尋求平衡，它還提供了一種處理不同干擾和傳輸環境的方法。HIPERLAN/2主要是提供了一個靈活的平台，在這個平台上，對各種商用和家用多媒體應用提供高達54Mbit/s的數據速率。 ^[1] 

與現有的無線局域網相比，HlPERLAN/2具有下述特點，這就是HlPERLAN/2的獨特之處：

(1) 通過接入點連接有線網絡和其它網絡。

(2) 採用正交頻分複用(OFDM)調製方式。

(3) 系統利用同步和前向糾錯技術。

(4) 通過時隙實現服務質量(QoS)。

(5) 自動頻率分配。 ^[2] 

HlPERLAN/2的協議棧分為控制部分和用户部分。用户部分主要負責在已建好信道上的用户通信，控制部分主要負責對信道建立和釋放等的控制和管理。圖2為HlPERLAN/2的協議體系結構。從圖2中可以看出，HlPERLAN/2的協議結構由下到上可以分為三個基本層：物理層PHY、數據鏈路控制層DLC和會聚層CL。 ^[3] 

HiperLAN/2物理層的傳輸方式為突發方式。這裏的突發由前導部分和數據部分組成，其中數據部分傳輸的內容就是在上而數據鏈路控制層(DLC)信道中傳輸的內容。HiperLAN/2的物理層使用正交頻分多路複用(OFDM)技術，這種技術在用於高度分散的信道時，具有優異的性能。協議規定信道間距為20MHz，這樣每個信道不但可以具有高比特率，而且在分配的頻譜內，可以提供的信道數量也比較合適(如歐洲為19條信道)。每條信道使用52個子載波，其中48個攜帶實際數據，其餘4個攜帶導頻信息。保護間隔的時長是800ns，這個時間足以使延遲擴散高達250ns的信道具有良好的性能。在較小的室內環境中，可以選用400ns時長更短的保護間隔。

物理層的一個重要作用是提供調製和編碼功能。它不僅非常適合於當前的無線鏈路質量，而且能滿足不同的物理層特性。HiperLAN/2還支持BPSK、QPSK和16QAM、64QAM等子載波調製方案。圖3列出HiperLAN/2物理層的幾種模式。 ^[3] 

數據鏈路層(DLC)由無線接入點(AP)和移動終端(MT)之間的邏輯鏈路組成。DLC包括媒體訪問和傳輸(用户部分)功能，以及用於終端/用户的連接處理(控制部分)功能。因此，DLC層主要由媒體訪問控制(MAC)協議、差錯控制(EC)協議以及各種信令和控制協議等組成。

MAC協議主要用來對無線鏈路進行媒體訪問控制。在HiperLAN/2中，無線接口是基於時分雙工(TDD)和時分多址接入(TDMA ) ,媒體的時隙結構允許下行鏈路和上行鏈路可以在相同的時幀(在HiperLAN/2中稱為MAC幀)中進行通信。下行鏈路和上行鏈路的時隙根據傳輸資源的需求動態分配。圖4示出無線接口中的基本MAC幀結構。

在圖4中，基本MAC幀具有2ns的固定時長，它包括用於廣播控制、幀控制、訪問控制、下行鏈路DL和上行鏈路UL、數據傳輸和隨機訪問等的傳輸信道。來自AP和MT的所有數據都分配專用的時隙進行發射。廣播信道BCH中包含控制信息，這些控制信息通過每個MAC幀進行發送，併到達所有的MT。BCH提供有關傳輸功率級別、幀控制信道FCH和RCH的起始點和長度、喚醒指示器等信息。FCH詳細描述了當前MAC幀中資源的分配情況。訪問反饋信道ACH傳輸先前對RCH訪問請求的有關信息。MT還使用隨機訪問信道RCH，為到來的MAC幀的上行傳輸或下行傳輸請求傳輸資源，並傳輸某些RLC信令信息。當MT發出的要求更多傳輸資源的請求增加時，AP將分配更多的資源給RCH。

HiperLAN/2中的差錯控制協議使用選擇性重傳ARQ，主要控制在檢測到比特錯誤時用户PDU的重發。EC機制還用來確保用户PDU按順序傳輸到會聚層中。差錯控制的方法是對每個連接中的每個被髮射用户PDU分配一個序列號。鏈路控制信道中帶有重傳控制信息，當發生錯誤時，用户PDU可以被多次重傳。

無線鏈路控制(RLC)協議為信令實體連接控制功能ACF 、無線資源控制RRC功能和DLC用户連接控制DCC功能提供傳輸服務。這三者組成用於AP與MT之間交換信令信息的DLC控制部分。 ^[3] 

會聚層(CL)主要具有兩個功能，一是將來自高層的服務請求適配成由DLC提供的服務；二是將具有可變或固定長度的高層數據分組(SDU)轉換成可以在DLC中使用的固定長度數據分組。固定長度DLC數據的填充、分組和重組功能是實現HiperLAN/2網絡連接獨立於固定網絡的關鍵。會聚層的結構使得HiperLAN/2非常適合於作為許多固定網絡的無線訪問部分(如以太網、IP網、ATM,IMT-2000等)。

HiperLAN / 2主要定義了基於信元和基於分組的兩類不同的CL(如圖5所示)，前者用於與ATM網絡的相互連接，後者根據固定網絡類型以及互連方式的不同，可以用於多種配置。

基於分組的CL中包括兩個部分：(1)一個通用部件；(2)一個易於適配到不同配置和固定網絡的由服務確定的部件。

通用部件的主要功能是將從服務特定的會聚子層(SSCS)中收到的數據包進行分組，並將從DLC中接收到的數據包在傳輸給對應的SSCS之前進行重組。在需要時，會聚層也進行增加/刪除填充字節，以便使通用部件PDU成為一個整數DLC SDU。

以太網SSCS使HiperLAN/2網絡看上去類似於交換式以太網的一個無線部分。它的主要功能是保存以太網幀。HiperLAN/2標準確定的以太網SSCS幀提供兩種QoS方案：最佳效率方案和基於IEEE 802.1p的優先級方案。前者是強制支持的，它對所有的通信都同樣對待;後者是可選的，它將通信分成為不同的優先級隊列進行處理。 ^[3]