1 概述
本文章比較了電氣電子工程師協(xié)會(IEEE)中已經(jīng)發(fā)布了的幾種無線標準。它主要從物理層上，解釋了IEEE 802.11, 802.15.1, 802.15.4和802.15.6 無線標準之間的不同點和相同點。
2 無線標準
我們這里選擇的無線標準都是已經(jīng)通過了的可用標準。這種解釋不意味著含蓋了所有無線標準，因為新的無線標準還在不斷地涌現(xiàn)。
2.1 IEEE 802.11 - WLAN/Wi-Fi
無線局域網(wǎng)Wireless LAN (WLAN, 也稱Wi-Fi) 是一種低層、通用型的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡技術(shù)。WLAN 標準工作于 2.4 GHz 和5 GHz 的工業(yè)、科學和醫(yī)療 (ISM) 頻段。
IEEE 802.11 標準是一個系列標準，它包含了許多經(jīng)過變化的標準，比如： IEEE 802.11a/b/g/n。WLAN 的應用我們是有目共睹，在公共基礎設施中，如：飛機場、辦公樓、咖啡店、快餐店、家庭、購物中心、娛樂中心等無處不在，到處都可以看到人們用電腦通過它接入互聯(lián)網(wǎng)。
2.2 IEEE 802.15.1 – 藍牙
IEEE 802.15.1 標準是基于藍牙無線通信技術(shù)的標準。藍牙是一種低層、特定、通用的短距離通信無線標準。它是為小巧且價格低廉設備而設計的低功耗的標準。這種技術(shù)按距離可把設備分為了三類：1類, 2類和3類，它們的距離分別是：100米，10米和1米。藍牙和WLAN一樣，同樣工作于 2.4 GHz 頻段，但兩種技術(shù)使用了不同的信號發(fā)送方法，用來防止信號間的相互關涉。
2.3 IEEE 802.15.4 - ZigBee
ZigBee 是一種底層、特定、通用的類似于藍牙的無線標準。IEEE 802.15.4 標準被公認為ZigBee，但ZigBee又在802.15.4標準的基礎上加入了一些特性。它工作于868 MHz，915 MHz和2.4 GHz ISM頻段。
2.4 IEEE 802.15.6
IEEE 802.15.6 是一種應用于醫(yī)療環(huán)境的人體局域網(wǎng)（BAN）標準。主要用于實時地連續(xù)監(jiān)測病人的身體特征。無線監(jiān)測大量病人的生理學信號是當前醫(yī)療中的一項具體需求，目標是為了在衛(wèi)生保健系統(tǒng)實施一個完全的無線傳感器網(wǎng)絡。這樣的應用要面對來自軟件和硬件設計的挑戰(zhàn)。比如一些應用要求：通信必須可靠，消除來自病人之間的信號沖突，防止來自外界無線設備帶來的干擾，低價，低功耗，提供病人可能隨時需要位置變化的靈活性。
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3 工作模式
無線網(wǎng)絡有兩種獨特的工作模式：基礎型與特別型?；A型無線網(wǎng)絡通常有一些基站（在802.11標準中也稱之為訪問點AP），它們做為中心節(jié)點，然后連接其他無線終端?；就ǔＬ峁┝伺c因特網(wǎng)、內(nèi)部網(wǎng)或者其他無線網(wǎng)絡的連接。在大多數(shù)情況下，基站有著一個固定的位置，但也有某些基站是移動著的。基礎型網(wǎng)絡的缺點是：因為基站做為中心點，如果這個點停止工作，那么無線終端之間就不能進行相互通信。
特別型（Ad hoc）網(wǎng)絡能夠形成一種“騰空”的狀態(tài)，即可以在沒有一個基站的情況下實現(xiàn)通信。自我組織是構(gòu)成特別型網(wǎng)絡的特色，因為這里沒有中心節(jié)點發(fā)起通話。在特別型網(wǎng)絡中，無線終端可以與網(wǎng)絡中的其他終端直接通信，而基礎型網(wǎng)絡是通過基站傳遞這些信息。
不同的標準對這兩種運行模式的支持，有著不同的能力。表1 給出了不同標準支持不同模式的概要。
表1：不同無線網(wǎng)絡標準的不同運行模式
4 介質(zhì)訪問
為了實現(xiàn)雙向無線通信，通信協(xié)議詳細描述了無線終端是怎樣建立起介質(zhì)訪問的。802.11標準詳細說明了一種稱之為介質(zhì)偵聽、多路訪問和沖突避免的方法（CSMA/CA）。介質(zhì)偵聽、多路訪問和沖突檢測（CSMA/CD）已經(jīng)用于有線的以太網(wǎng)當中，而無線的對應數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議就是CSMA/CA。CSMA/CA技術(shù)允許完成無線傳送而沒有來自其他終端的打擾。
當使用CSMA/CA時，一部分的數(shù)據(jù)速率丟失在這個協(xié)議的報頭部分。如果通信是單向的，那么通信通道能夠得到很好的利用，因為源終端不用考慮來自其他終端的通信。為了處理隱藏終端的問題，802.11 也可以使用請求發(fā)送、清除發(fā)送（RTS/CTS）信號，保證用于通信通道的暢通。
5 頻段、數(shù)據(jù)速率和范圍
原先都是按使用頻段、傳送速率和覆蓋范圍來描述標準之間的不同。根據(jù)表2， 802.15.6（BAN）比其他技術(shù)的距離要短很多，但這被證明了是一個優(yōu)點。通信的距離短對需要的功率就低，使用設備的尺寸也更小，頻率復用的效果也更好。這對BAN來說是個好消息，因為設計的初衷就是使它盡可能的不顯眼，可以放在衣服中、貼附或者植入在身體上。
從表中還可以看到，好幾個標準都運行在2.4 GHz波段。802.11g是這樣設計的，所以它可以與802.11b相兼容，而且使它們能夠共同存在。然而，當一個 802.11g 基站運行在802.11b的模式時，它使所有相連接終端的數(shù)據(jù)速率降低到802.11b的水平。802.15.1也占用2.4 GHz頻段，但使用的是不同的信號發(fā)送的方法，因此它們之間產(chǎn)生的干擾不不是很嚴重。關聯(lián)這兩種標準，我們也想到現(xiàn)在使用的家用電器也共同使用這個資源，如：微波爐和某些種無繩電話都使用2.4 GHz的頻率波段。
觀察表2發(fā)現(xiàn)的另一個現(xiàn)象是：802.11n和其他標準使用相同的頻段，但竟然能使數(shù)據(jù)速率高達248 Mbps。由于使用了稱之為多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)，使得該標準達到了更高的數(shù)據(jù)速率和更遠的距離。MIMO使用多個發(fā)送和接收天線，并且結(jié)合了特殊編碼技術(shù)，從而在相同的頻率下傳輸更多的數(shù)據(jù)。
注：
1 特定于戶外、少障礙物的環(huán)境。
2 802.11n 設備使用兩流（四個天線）的情況。
3 藍牙2.0版本。
4 藍牙1類設備。
表2：不同無線標準的比較
1 特定于戶外、少障礙物的環(huán)境。
2 802.11n 設備使用兩流（四個天線）的情況。
3 藍牙2.0版本。
4 藍牙1類設備。
表2：不同無線標準的比較
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6 調(diào)制和信號編碼
為了通過無線介質(zhì)傳送二進制數(shù)據(jù)，需要進行一次把數(shù)字量變成模擬信號的調(diào)制過程。當模擬信號被接收時，還需要把它轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，還原成二進制數(shù)據(jù)。上述標準使用了幾種不同的方法，完成了表面上看上去一樣的任務。一種標準的調(diào)制技術(shù)通常由標準的設計目標和應用的具體環(huán)境來決定。
在具體使用時，每種技術(shù)有不同的特性：
? 抗干擾（多通道、衰減等）
? 功率消耗
? 頻譜效率（有效頻率使用）
? 硬件復雜性
? 功率消耗
? 頻譜效率（有效頻率使用）
? 硬件復雜性
表3列出了每種標準使用的調(diào)制方式和編碼方案。要注意的是，不是某個標準必須強制使用某個方案。其中的一些標準可能需要實現(xiàn)互操作，而其他標準要根據(jù)使用的修訂標準來選擇。每種技術(shù)的全名列于下表。
要注意802.11n現(xiàn)在為草案標準，還不是完全成熟的標準，所以在正式發(fā)布時，一些細節(jié)可能會有所變動。
所有不同的技術(shù)列于表3，更加通用的分類方法見表4，使得讀者更容易地觀看。在表4中，我們能夠看到所有無線標準幾乎都使用PSK方案，除了新的802.11n 標準，它采用是QAM和阿拉莫第（Alamouti）STBC。
表3：用于無線標準的調(diào)制和編碼技術(shù)
大多數(shù)調(diào)制和編碼方案具有長長的名字，因此它們被縮寫成表3。下面列出的是每種方案的完整名字。
? 相移鍵控（PSK）
– 二進制相移鍵控（BPSK）
– 正交相移鍵控（QPSK）
– 偏移正交相移鍵控（OQPSK）
– 差分相移鍵控（DPSK）
* 8相差分相移鍵控（8DPSK）
* 差分二進制相移鍵控（DBPSK）
*差分正交相移鍵控（DQPSK）
*p/4 循環(huán)差分正交相移鍵控（p/4-DQPSK）
*頻移鍵控（FSK）
– 高斯頻移鍵控（GFSK）
? 幅移鍵控（ASK）
? 正交幅度鍵控（QAM）
? 互補碼鍵控（CCK）
? 阿拉莫第 時空塊碼（STBC）
? 正交頻分復用（OFDM）
? 擴頻（SS）
–直序擴頻（DSSS）
–并序擴頻（PSSS）
–適頻跳擴頻（AFH）
– 二進制相移鍵控（BPSK）
– 正交相移鍵控（QPSK）
– 偏移正交相移鍵控（OQPSK）
– 差分相移鍵控（DPSK）
* 8相差分相移鍵控（8DPSK）
* 差分二進制相移鍵控（DBPSK）
*差分正交相移鍵控（DQPSK）
*p/4 循環(huán)差分正交相移鍵控（p/4-DQPSK）
*頻移鍵控（FSK）
– 高斯頻移鍵控（GFSK）
? 幅移鍵控（ASK）
? 正交幅度鍵控（QAM）
? 互補碼鍵控（CCK）
? 阿拉莫第 時空塊碼（STBC）
? 正交頻分復用（OFDM）
? 擴頻（SS）
–直序擴頻（DSSS）
–并序擴頻（PSSS）
–適頻跳擴頻（AFH）
802.11 a/g/n 使用了64-QAM編制6個數(shù)據(jù)位到每個傳送符號的方案，這被稱為“高次調(diào)制”。當結(jié)合了OFDM時，它提高了高頻段的效率。使用64-QAM的缺點是：在接收器解調(diào)信號時，比使用BPSK和QPSK兼容系統(tǒng)需要一個更高的信躁比（SNR）。這意味著在通常情況下，高次調(diào)制需要高的傳送功率，以達到與低次調(diào)制，如：BPSK和QPSK相同的位錯率（BER）。在802.15.4中BPSK和OQPSK（類似于QPSK）的使用，反映了這樣一個事實，就像802.15.4的設計目標，制造更低功耗的設備，使需要的能源消耗達到最低。
本文使用了大約30個縮寫技術(shù)名詞，覆蓋了物理層的大部分內(nèi)容，如果從這個事實發(fā)覺了無線標準的復雜性，那么你是非常正確的。如果還想了解這些調(diào)制和編碼技術(shù)的詳細說明，還要查看更多的相關技術(shù)資料。
（轉(zhuǎn)載）
