智能AP在WLAN中的作用

陈方斌

中国电信温州分公司，浙江 温州 325000

0 引言

90年代以来，阵列处理技术引入移动通信领域，很快开成了一个新的研究热点-智能天线。智能天线应用广泛，它在提高系统通信质量、缓解无线通信日益发展与频谱资源不足的矛盾、以及降低系统整体造价和改善系统管理等方面都具有独特的优点。

IEEE802.11标准正在拓展新的应用模式，包括城域部署、无线DSL、视频监控和三网合一业务。非常类似于移动通信的出现所产生的针对传统电路交换技术的彻底革命，这些新应用以及支持WLAN的终端设备的使用，使得WLAN针对有线以太网的革命到来了。

1 智能AP

1.1 智能天线xRFTM技术与特点

它是首个且唯一基于802.11标准的、多载波的、波束成型系统。在多个要素上改善了性能，并且保证了QoS。降低了噪声和隐藏节点带来的损害。利用独享专利的多信道RF滤波器，实现真正的多信道并发工作和通过WIFI的认证。按照FCC对定向天线系统的规定，天线阵列可以辐射更高的EIRP（最大42dBm），减轻干扰的影响，具有高增益能够提高噪比（包括上行和下行信道），更少的反射波能够逞来更干净的信号。波束成型系统能够大幅降低隐藏节点现象带来的损害。利用拥挤的2.4GHZ频度进行AP的城域部署时，由于天线阵列具有定向特性，可以大大减少环境中的电磁污染。

1.2 传统AP的实现原理

首先我们回顾一下传统的、多天线分集的AP实现原理。

图1 传统的802.11 AP的实现原理

一个WLAN的无线收发模块通常由1付天线、RF链路和1个调制解调器组成。RF链路中包括了接收/发送（RX/TX）放大器和滤波器。如图2所示，一个标准的802.11 AP由1个RF链路连接1根或2根天线组成，这种方式即为天线选择或天线分集。在这里，当收发数据包时，AP就简单地利用1个开关来选用2根天线中信号质量相对较好的那一根。在这种方式下，每次只使用1根天线。此外，室外测试的结果表明，与使用单根天线相比，这种方式能带来不高的、2dB的相关增益。

1.3 XRFTM. 天线阵列

直到前不久，涉及智能天线阵列和数字信号处理的技术，几乎无一例外地都应用于军事领域，如抗干扰无线电收发器、雷达/声纳系统。不过，其民用范围则包括了超声波影像系统和蜂窝通信设备。结合先进的电子技术，把智能天线阵列技术应用于无线系统中，目前已经是能够负担得起的了。

图2 xRFTM AP实现原理

对比传统的AP，网件的技术采用4根天线和4个RF链路，与xRFTM DSP相结合。四根天线的能量全部用来收发WLAN信号。由于它与IEEE802.11b/g标准是完全兼容的，因此网件的技术能够接口任何802.11b和802.11g客户端（客户端无需做任何改变）。在接收到1个WLAN数据包的最初2us内，网件独有的xRFTM DSP就检测出数据包的到达方向（DOA），并将天线阵列瞄准并锁定信号。利用4根接收天线，能够将信号的信噪比（SNR）提高6dB，因此支持xRFTM的设备可以将接收灵敏度提高到-102dBm。如图3所示，获取DOA信息有助于下行数据的发送。xRFTM DSP既可定向（给特定的客户端），又可全向发送数据包。全向发送通常用于广播型数据包，或者保护型数据包，如CTS-to-self

图3 接收

1.4 减轻干扰

常多的设备在使用2.4GHz频段，大大限制了室外型WLAN的覆盖范围和系统容量。即使不考虑微波设备、蓝牙设备和无绳电话，众多个人家里的AP和客户端就足以彻底阻塞2.4GHz信道。为了克服这种干扰，传统的AP只是简单地降低其接收灵敏度（通常表现为“噪声水平”，凡是低于它的信号，AP都无法接收）。这样就通过忽略远端的干扰而获得所期望的结果，但这也使得AP不得不放弃自己远端的用户，造成覆盖范围和系统容量的下降。基本上，任何在产品规格上写着“接收灵敏度-100dBm”的AP，都无法在密集城区环境的使用中达到这个水平。事实上，在这类环境中，传统的AP总是将接收灵敏度降到大约-82dBm或更低。

另外，在定向天线上的专利技术使其能够自然而然地隔离很大比例的干扰。传统的全向AP利用360°的电波来接收1个数据包；相比之下，网件的WNAP 700系列产品只用24°的电波来接收1个数据包，因此在接收过程中，它能够忽略90%方向上的干扰。

1.5 xRFTM与传统802.11n的区别

支持传统802.11n标准规范的设备使用多根天线实现多入多出（MIMO），其基本的原理框图类似于图1所示。由于802.11n标准主要是为了在室内环境中获取高带宽，因此其使用了多根天线来让系统容量成倍增加（高速率的OFDM调制方式，很短的覆盖距离，很强的信号电平）。超过95%的WiFi芯片都是用于室内覆盖，传统802.11n标准基本上不适于在室外环境中使用。

在室外部署中，系统的覆盖范围取决于它在接收采用了最低调制模式（CCK模式，1Mbps速率）的信号时的能力。由于传统802.11n协议只针对OFDM调制方式，因此当1台传统802.11n设备在接受1Mbps速率的数据包时，其性能和1台802.11b的设备是完全一样的。这种情况同样发生在所有使用CCK/DSSS调制方式的速率上：1、2、5.5和11Mbps。甚至当接收采用OFDM调制方式的6Mbps数据包时，传统802.11n设备的性能也不及xRFTM设备，这是因为802.11n设备在接收时无法利用其的多根天线来改善信号强度，它的设计不是用来提高整体覆盖范围的。

尽管传统802.11n设备在小范围内能获取高速率（因为协议允许其获取更高的速率）， 但是它单根的发射天线还是将其性能限制在了802.11b/g的水平上。

2 结论

从以上的分析可以看出传统的WLAN网络必须在今后通信领导中提高抗干扰能力、频率利用率、系统通信质量等，以满足这些新应用的出现所带来的挑战。智能AP通过强化芯片与天线很好的解决了传统WLAN的不足之处，提升了覆盖距离与效果、提高吞吐量、增加发射信号强度和穿透性等，很好地提升了WLAN系统的性能，是WLAN网络一次革命性的飞跃。

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