作 者:朱近康
无线Mesh网络的基本小区是如图3所示的一个GW下的多个无线路由器(又称为Mesh路由器)覆盖的网络小区,其Mesh路由器和用户终端的最大发射信号功率可以做到仅为P1,而区域内的无线移动频段同时支持的最大多用户数为:
M mesh=NB /b
N 是该区域的Mesh路由器数目,理论上N 越大,能同时接纳的用户数越多。因此,无线Mesh网络,不仅能解决无线IP接入点少、接入Internet不方便的问题,还能在微小信号功率下完成工作,实现大量用户终端的Internet应用。
尽管作为Internet接入的WGW的位置和数量多少受城市环境和现有建筑格局所影响,仅在某些固定位置与Internet有线连接。但利用用户终端无线接入的众多Mesh路由器实现新的网络布局,可以根据位置环境、传播特性、终端用户分布等情况灵活设定。WR可多可少,可稀可密。通常WR与GW之间也采用无线通信,只不过是采用与不同于终端用户的无线频段实现固定点间的无线通信。所以,无线Mesh网络的网络结构和组网方法,结构灵活,易于安装,具有动态自组织、自配置、自维护等突出特点。
2 无线Mesh基本技术
从图3可以看出,无线Mesh网络在通常的WGW(实现无线Internet接入)、无线用户终端的基础上,增添了无线路由器,由如图5所示的原有基础的无线接入网络结构演变成如图6所示的无线Mesh网络结构。无线Mesh网络增加了无线路由器层,各路由器间由无线连接,路由器与无线IP接入点(WGW)间由无线连接,并可交叉链接,形成密集网络。由此衍生出无线Mesh网络特有的基本技术和处理方法,它们都是与常规单纯的无线接入网络不同的新增无线路由器层直接相关联的。
2.1无线Mesh路由器的无线传输技术
在研究无线Mesh网络技术过程中,常常把Mesh路由器(如WR)的无线传输技术,称为无线Mesh网络的物理层技术。这里传输主要是指WR与用户终端间的无线传输、WR之间的无线传输和WR与WGW间的无线传输。
WR与用户终端间的无线传输是按用户终端支持的无线技术和标准化要求,实现类似于基站或无线接入点的功能,能够支持各种不同无线空中接口的接入要求。无线Mesh网络结构支持不同的标准化接入系统,有不同的无线传输技术,WR与用户终端间的无线传输都能适应。
WR之间的无线传输和WR与WGW间的无线传输是需要定义和确认的。原则上,采用何种传输技术与用户终端支持的技术标准和系统方式没有直接关系,可以尽量采用现有的先进技术和方法。由于WR相当于基站,是位置固定的,是支持多用户综合高速数据的,是密集覆盖并要尽量避免彼此间干扰的,是有多种路由选择的。因此,智能定向天线技术、高效可控调制编码技术、低临界发射功率控制技术等是最重要的物理层传输技术。
智能定向天线技术是一种信号功率集中的指定方向波束成形技术,如图7所示。在3G系统中,特别是在同频工作的TD-SCDMA系统中,得到广泛应用。智能天线技术是一种特别的多输入多输出(MIMO)技术,使用相位受控的m个天线振子组合,可形成m个不同方向的低功率定向发射,使到达接收点的信号功率最强,而对其他邻近WR的辐射最小,影响最小,实现网络密集覆盖的低功率应用。在不好直接利用智能天线的场合,也要采用MIMO技术,提高功率效率和传输效率。
高效可控调制编码技术是未来无线通信的共同要求。但是,WR之间和WR与WGW间的无线传输,由于位置固定、传输路径固定、信道衰落起伏平稳,因此能采用有效的信道估计补偿技术实现比移动环境高得多的传输调制效率和编码效率,完成高速通信。正交频分复用(OFDM)技术、正交幅度调制(QAM)迭代技术、Turbo编解码技术等能够实现高速、可控可管、自适应,都是首选技术。
低临界发射功率控制技术是信号功率效率提高的关键,与网络拓扑结构密切相关。无线Mesh网络采用无线接入密集覆盖办法,能实现低信号功率应用。为最大减小对邻近WR的干扰,发射功率最小临界化的功率控制十分重要。图8是临界低功率发射控制示意图,图8a发射功率过小,仅部分连接;图8b是发射功率过大,各WR覆盖彼此交叉重叠过多,相互干扰严重;图8c是发射功率控制到合适临界的状况,相互交叉重叠不多,各WR都可经由单跳或多跳连接到WGW,全可联通,是最佳控制。当然,信号发射功率控制,不仅考虑网络拓扑结构,还要考虑到数据业务负载,传输时延和业务质量等要求,实现优秀综合性能的最大网络容量。
2.2多信道接入的MAC技术
提供媒体访问控制(MAC)接入的多信道技术,同通常的无线通信网络一样,有频分多址(FDMA)技术、时分多址(TDMA)技术、码分多址(CDMA)技术和使用定向天线的空分多址(SDMA)技术,实用中经常是这些多址技术的部分或全部综合应用,形成彼此独立互不串扰的多信道接入技术。由于WR的定点定向传输可以充分利用智能天线技术实现空分多址,实现尽可能多的互不干扰独立传输信道。相对常规无线通信,这是无线Mesh网络的又一特色。