遵循802.11b标准的无线局域网络，已在市场上建立一套稳固的平台，协助业者发展各种无线网络。Wi-Fi标准已在不同厂商产品之间建立可靠的互操作性，为最终用户的投资提供保障。最近的发展焦点则延续至802.11g网络，它采用和802.11b一样的2.4GHz带宽，不仅支持更高的传输速度（最高为54 Mbps），更具备回溯兼容的能力。另一方面，顾客亦可选择使用5GHz带宽的802.11a系统，享受和802.11g一样的传输速度。在欧洲，通讯系统则面临许多严苛的法规限制（考802.11h）。

市场上已出现能支持两种传输带宽的系统，例如像“多模（multimode）”、“复合型（combo）”、或802.11a/b/g之类的产品。Wi-Fi 联盟亦正测试这些速度更快的网络技术，检验其互操作性。然而，至今仍没有WLAN技术能保证提供稳定的传输带宽与服务质量，以满足声音与影像数据流的传输需求。尚未通过审核的802.11e标准，原先发展目的就是为了解决这方面的问题。当802.11e针对改善802.11/WiFi基础应用服务质量上已有大幅度进展的同时，仍然有额外对于应用改进的要求，例如利用于网络数据流音频（streaming audio）与影像内容的娱乐装置。因此，虽然802.11于基础上所提供的性能与特色在近几年已持续快速地进行，业界仍不断推出性能更强大的无线网络标准（802.11n），以提供更理想的无线电技术（radio technologies）、高生产率、增强错误校正能力，以及改善流量管理的特色。

服务质量——802.11e

类似大家熟悉的以太网络，并配合CSMA载波感应多重存取通讯流程，是一套采用探索式访问机制的WLAN网络传输技术，通常被称作为「竭力模式（best effort）」的通讯服务。由于一个传输频率在一个时间与一个特定地点内仅能被一个站点所使用，因此须透过CSMA程序将资源尽可能公平地分配给所有站点使用。藉由这种作法，在经过长时间后，每个站点可透过网络接收到同等的数据量，但数据量等级不仅没有可靠的保证，而且传输流量在短期也不平均。在最初的802.11标准中，这方面的功能称为分散协调功能（distributed coordination function；DCF）。另一种替代方案则是站点协调功能（point coordination function；PCF），但却从未被实际采纳。在PCF中，WLAN的存取点（AP）能定义一个时间周期。在这个被称为无竞争周期（contention free periods；CFP）内，DCF会定时关闭。这些周期中，属于DCF的站点被要求保持静止或在内部启动。存取点会逐一查询PCF中的每个站点，因此能提供虚拟的QoS（quality of service；QoS）层级。PCF的QoS能力并未发展完全，尚有一些缺失，这解释了为何从未正式地被实行。

尚在发展中的802.11e QOS 标准，为网络站点建立一套带宽配置机制，使得管理QoS层级上已有大幅度的进展，且俾使透过802.11传输语音变成真实性的应用。802.11e 的规格，甚至所有本身的能力，仍然需要额外overlays与强化其功能，以确保像是无线影音娱乐（wireless entertainment）的串流多媒体应用，其传输保质如同有线网络。802.11e并在现有实体媒体的传输能力范围内提供实时传输的保证。在这方面有两套机制，可单独运用或搭配使用。此方面的功能称为无线媒体延伸（wireless media extensions；WME），也就是延伸数据信道存取（extended data channel access；EDCA），能针对不同的数据流配置适当的优先级。针对这方面的目标，每个站点以及存取点都可为封包套用四种分类（背景、竭力模式、影像以及语音），并根据IEEE 802.1D-1998标准配置优先级。

《图一 Wireless Medium架构图》

在执行这项功能时，每个相关站点在其传输端会配置四组等待队列（queues），封包会透过这些队列依序传送。此外，每个站点的传输规则是先传送具有较高优先级交流的队列，然后再转向处理优先级较低的队列。标准分类、「竭力模式」等模式会配合现有的DCF。背景数据传输流（background data streams）是指优先级最低被委托交流的队列，仅会在网络上没有其它传输作业时才会被传送。用来传送影像与语音的影片与语音数据流，对于网络的传输有特别的需求。因为此种网络的需求，站点现今不只能为了一个单一封包占用无线电网络，而是为了传送一个队列的封包（TXOP＝传输机会），尤其是更多的影片数据流。但亦须强调的是，EDCA一直以来亦指参数化的QoS，本身仅是一种根据统计数据的优先排程方法，拥有较高优先级的数据流亦会被配置到较高带宽之长时间周期。反观若是观察较短的时间周期，拥有较低优先级的数据流亦能争取到及时媒体控制权。

802.11e的第二种存取程序为混合控制信道存取（hybrid controlled channel access；HCCA），会建置真正的轮询机制。为达到这方面的目标，存取点中安装一套控制单元（HC＝hybrid coordinator混合协调器），负责管理轮询作业程序。站点会接收8组输出队列，根据封包的需求依序排列至等候队列中。每个等待队列必须透过所谓的流量规划（traffic specification；TSPEC）机制向存取点登录。这套TSPEC 包含储存队列站点的“desired requirements”（最小与最大服务间隔，TXOP的最短时间）。存取点则传回一组时程表，内含等候队列的实际配置状况，藉此满足其传输要求。若AP的负载过大无法再为更多数据流提供传输服务，也有可能拒绝传输的要求。一旦发生此种状况，HC就须透过轮询机制为每个站点的等候队列提供服务。由于HCCA拥有绝对的优先权，因此HC几乎可在任何时间掌握控制权，针对数据传输率或同步性要求的数据流，以适当的资源提供传输服务。在此期间，EDCA被暂缓运作。

除了这两种主要机制，802.11e亦提供其它强化功能：各种延伸型省电机制（extended power savings mechanisms）、性能更优异的同步作业程序（stronger synchronization procedures）、传输壅塞通知（block acknowledgements）以及“直接链结”（direct links）机制，将AP的传输途径进行绕道以便与站点直接交换数据。这套标准目前正修订第4版的草案，极可能在2004年中制定完成。

5GHz在欧洲的发展－802.11h

就全球环境而言，支持802.11a标准的5GHz组件，必须支持各国差异性相当大的通讯频谱环境。2.4GHz在全球各地也面临类似的状况，美国、欧洲以及远东等地区都有小幅度的修改、频谱配置以及传输限制上的差异。在德国则是受到REGTP?order?35/2002法律规范。

在美国，美国联邦通讯委员会（Federal Communications Commission；FCC）15.247规章中详细记载有效发射功率（Equivalent Isotropically Radiated Power；EIRP）的规范。EIRP展现全效无线传输功率，包括从天线电缆所获得与失去的带宽。被广泛应用在美国的802.11a组件，支持最大为200mW的有效发射功率，且使用在美国全境内所有的5GHz带宽。然而在欧洲，法律规定使用较低的频率（5.15～5.35GHz）时输出功率上限为200mW，较高的通讯频率（5.47～5.725GHz）则最高仅能使用1W发射功率，若要使用所有可用频道，则必须支持以下两项重要的802.11h机制：

• ●动态频率选择（dynamic frequency selection；DFS）。网络（AP与相关的站点）本身会根据目前的频谱使用状况自行选择通讯频率，若有必要则会变更目前的运作设定以避免主动雷达与卫星传输。其它WLAN也以此种方式来避免传输，俾使整个系统能以最高的效率来使用频谱。





• ●传输功率控制（transmission power control；TPC）。参与通讯的每一方必须根据目前之需求调整本身发送功率。在德国，额定的传输功率为6 dB。此方面的限制亦能降低其它WLAN产生干扰的机会。若没有支持TPC/DFS， REGTP特别准许使用5.15～5.25GHz的带宽，且最大发送功率限制为30mW。

802.11h 标准规范大量的新封包类型以及信息字段，基地台与AP透过这些封包与字段搭配适当的发射功率与通讯频率来交换信息。在建立通讯链结阶段，站点与AP建立通讯管道，两者的“通讯权限（abilities）”将会协调完成。此时AP若得知站点违反当地的通讯规章（例如发射功率过高、支持通讯频率不符合当地规定），就会拒绝支持通讯服务。若当地法规允许，在某些情况下，一些旧型站点即使不支持802.11h亦可进行通讯。

这些工作虽然看似简单，但建置工作却极为复杂。DFS机制必须检查雷达讯号是否能被辨识（发射的系统以及目前的通讯）；这方面的标准是指ETSI EN 301893。指定的测试脉冲其周期为2～60秒，脉冲波型周期为5 至210ms；脉冲辨识的门坎值为－64dBm，在这个范围内许多WLAN也能进行通讯。为了进行有效的量测，AP可暂时关闭WLAN（不发射）并启动相关的站点来执行自己的量测作业，结果则会转送至AP。若雷达波的辨识无误，使用目前频率的通讯就会被中断，此时就找到一组“clean”可使用的替代频率。之后会将这组频率通知各站点，此时整个系统必须再次重新启动。被弃用的频率在之后的30分钟内会被停用，且系统不会再使用这组频率来进行DFS作业。DFS的作法就是将这个流程整合至封包传输作业，且让用户不会察觉。

在现阶段的作业中，TPC机制的工作就是机动地调整各AP站点之输出功率，尽可能缩小无线电数据元，让系统能以最高的效率来运用通讯频带。为达到这些目标，各站点之间会交换TPC要求与回报封包，藉此决定通信链接的效能水平。可惜的是，这套标准并未精准地描述要套用什么标准与方法。这个问题有待制造商与相关业者共同来解决。

高流量（High-throughput）WLAN－802.11n

近来市场上出现许多IEEE 802.11系列无线网络产品，提供每秒54Mbit的数据传输率。包括像高分辨率影像传输或家庭剧院系统等新型应用，则需要更高的数据传输率。对于IEEE而言，这些需求促使他们成立802.11“n”工作小组，此套规划中的标准能提供每秒超过100Mbit的数据传输流量。

802.11a与802.11g物理层的数据传输速度为每秒54Mbit。系统中实际的数据传输速度（数据流量）仅有30Mbps，因为系统须传输许多通讯作业数据。规划中的802.11n标准希望能排除这项低效率的缺点，尝试提高数据频道的使用效率，以及物理层的传输速度。

提供数据传输速度的三种方法

调幅延伸（Modulation extension）

调变整个 802.11a与802.11g使用64组正交振幅调幅（quadrature amplitude modulation；QAM），过程中在同一时间对一个载波调变6个位。在这里我们可以将设定值调高至256QAM、每个载波调变8位，即可将20MHz频道的数据传输率提高到每秒72Mbits。带宽范围大幅缩小产生显著的负面影响，因为接收端需要质量更高的讯号才能在256种调变状态中进行辨识。

提高频道带宽（Increase of the channel bandwidth）

高频率频道目前的带宽为20或25MHz。透过结合或延伸这个规格，即可提高调变频率与数据流量。此种作法的缺点是让原本就偏低的频道数量变得更少。

增加传输信道（Increase of transmission paths）

若不同数据在同一时间以相同频率透过不同信道进行传输，此时就会使用MIMO技术。MIMO是Multiple Input－Multiple Output的缩写，代表在传送与接收端同时使用多组天线。MIMO会在频率与时间轴之外，增加第三个坐标轴，也就是空间。这种模式并不会与天线多元化（从WLAN技术发展之初就被采纳）产生混淆，因为在多组天线模式中，仅会使用效率最佳的传送与接收天线。MIMO则是在同一时间以相同的载波频率传输多组数据流。由于受到来自墙壁与天花板的反射所干扰，每个天线的发射讯号传到接收端系统的（多组）天线时，会变成不同的讯号强度与相位。这种传输频道之特殊行为会在原始数据的训练调整阶段被系统发现，天线会使用一些数学处理技术来回复讯号。若反射讯号的强度够大，且发送器与接收器以及相关天线所增加的技术成本会对系统成本产生负面影响，MIMO才会产生作用。802.11n标准预估在2005/2006年间进行修订；目前已针对一些彼此不兼容的“标准化之前（pre-standard）”装置提出许多警告。

无线电技术的未来展望

在90年代，WLAN无线电系统被设计成超外差式的（superhet）接收器，透过一或多组中频（interim frequencies）来提供最高的选择性与灵敏度。然而由于系统需要大量的分离组件，因此难以进行整合。另一方面，ZIF（zero IF）或VLIF（very low IF）则是开发高整合度且低成本解决方案的理想选择。

业界已发展出可行的替代技术。在90年代，支持各种高频系统的集成电路，仍使用双极技术进行生产。这种组件的整合度较低，不足以满足无线电功能所需的电路板空间需求。ZIF或VLIF的无线电现在都是采用RF-CMOS或Bi-CMOS制程；这两种技术都各有其优缺点。RF-CMOS能将无线电与逻辑组件整合在单一芯片，若系统需要达到最高的整合度，则这类技术会是最佳的选择。Bi-CMOS具有较佳的高频率属性，使用的外围组件数量也较少。

若采用ZIF技术，接收讯号会直接使用基频。要求精准时序（time-intensive）的中频过滤器与混合器在此系统中则全然派不上用场。对接收讯号进行强化处理的确有必要，但必须在适当的频率下完成，以达到隔离的效果。在一个未经优化调校的环境下达到如此高的敏感度，所需承担之风险就是接收器的敏感度可能因此而降低。ZIF技术是各种方案中使用的芯片空间最小的。解调变后的讯号带宽趋近至DC，适合用来接收802.11b所使用的CCK讯号。接收频率即使产生些微的变化，也会降低OFDM调变（802.11a与802.11g所使用的技术）之动态范围。

VLIF 接收器的运作模式则完全不同。它不是直接将接收讯号转换成基频，而是转换成大幅下降的中频。由于其频率大幅降低，故传统的过滤器不再是分离模块，可建置成为集成电路中的运作功能。对于过滤与调变而言，适合采用数字讯号处理的技术，在数字电路中建置成可重复的功能组件。VLIF接收器的传输行为具有高流量的特性，但仍不适合搭配CCK讯号使用。由于没有直接电压的不匹配问题，OFDM调变的动态范围没有受到限制，因此能达到最佳的接收灵敏度。

在数字环境的转换部份，两方的系统都有转换器，负责将传送的模拟电压转换成数字讯号，反之亦然。这些转换器的各种属性，例如像扫瞄率、位数以及线性等，对于建置无线电概念而言都是重要的参数，而且会严重影响整个无线电系统的质量。在90年代，无线电系统仅含有模拟技术并有多个平衡点（balance point），但在数字技术出现后，已逐渐将系统转移至数字领域。

ZIF与VLIF等接收器的概念提高了系统整合度，因此有助于降低制造成本。可以很容易选出适合的接收器与制造技术。每套设计方案都可根据不同的概念进行优化。从目前的观点来看，支持VLIF与ZIF的接收器特别适合应用在无线局域网络传输上。

（本文作者任职于Agere Systems）