摘要：上個世紀末802.11標準橫空出世，尤其2008年以來在工業(yè)控制領域，WLAN正面臨一個快速成長的時代。WLAN技術跟隨整個IT技術一起，推動制造業(yè)信息化，提高生產效率，為工業(yè)企業(yè)“創(chuàng)造”生產力！
關鍵詞: IEEE 802.11a/b/g/n、SISO、MIMO、OFDM、WLAN
當今工業(yè)控制領域滲透著各式各樣的無線技術，如：WLAN、藍牙、WirelessHART、GSM/GPRS、Trusted wireless、ZigBee等。WLAN廣泛用于控制層與監(jiān)控層之間的高速、可靠通訊，隨著802.11n產品技術的推出， WLAN的應用范圍必將進一步擴大，為汽車、冶金、物流、港口、機械制造等行業(yè)實現全面的信息集成、監(jiān)控掃清最后的障礙。本文將對802.11n的重要新技術、新產品及應用作詳細的闡述。
何為IEEE 802.11n，它有什么樣新特性？為工業(yè)自動化應用帶來什么新的機會？
IEEE 802.11n：Wi-Fi聯盟在802.11a/b/g后面的一個無線傳輸標準協(xié)議，在當今各種無線局域網技術交織的戰(zhàn)國時代，WLAN、藍牙、HomeRF、UWB等競相綻放，但IEEE 802.11系列的WLAN是應用最廣泛的。自從1997年IEEE802.11標準實施以來，先后有802.11b、802.11a、802.11g、802.11e、802.11f、 802.11h、802.11i、802.11j等標準制定或者醞釀，但是WLAN依然面臨帶寬不足、漫游不方便、網管不強大、系統(tǒng)不安全和沒有殺手級的應用等困局。就像當今VoIP應用中一個全新的領域VoWLAN那樣，雖被業(yè)內人士看作是WLAN最有希望的殺手級應用，卻因為這四個“不”，很難進一步發(fā)展。為了實現高帶寬、高質量的WLAN服務，使無線局域網達到以太網的性能水平，802.11n應運而生。
600Mbps的美妙前景(現在，絕大部分的工業(yè)級802.11n無線產品已能夠實現300Mbps的傳輸速度)，讓最終客戶難以抗拒。
在傳輸速率方面，802.11n可以將WLAN的傳輸速率由目前802.11a及802.11g提供的54Mbps，提高到300Mbps甚至高達600Mbps。得益于將MIMO（多入多出）與OFDM（正交頻分復用）技術相結合而應用的MIMO OFDM技術，提高了無線傳輸質量，也使傳輸速率得到極大提升。
在覆蓋范圍方面，802.11n采用智能天線技術，通過多組獨立天線組成的天線陣列，可以動態(tài)調整波束，保證讓WLAN用戶接收到穩(wěn)定的信號，并可以減少其它信號的干擾。因此其覆蓋范圍可以擴大到好幾平方公里，使WLAN移動性極大提高。
在兼容性方面，802.11n采用了一種軟件無線電技術，它是一個完全可編程的硬件平臺，使得不同系統(tǒng)的基站和終端都可以通過這一平臺的不同軟件實現互通和兼容，這使得WLAN的兼容性得到極大改善。這意味著WLAN將不但能實現802.11n向前后兼容，而且可以實現WLAN與無線廣域網絡的結合，比如3G。
MIMO技術：
所謂的MIMO，就字面上看到的意思，是Multiple Input Multiple Output的縮寫，大部分您所看到的說法，都是指無線網絡訊號通過多重天線進行同步收發(fā)，所以可以增加數據傳輸率。然而比較正確的解釋，應該是說，網絡數據通過多重切割之后，經過多重天線進行同步傳送，由于無線訊號在傳送的過程當中，為了避免發(fā)生干擾起見，會走不同的反射或穿透路徑，因此到達接收端的時間會不一致。為了避免資料不一致而無法重新組合，接收端會同時具備多重天線接收，然后利用DSP重新計算的方式，根據時間差的因素，將分開的數據重新作組合，從而快速傳送出正確的數據流。
由于傳送的數據經過分割傳送，不僅單一數據流量降低，還可增加傳送距離，又增加天線接收范圍，因此MIMO技術不僅可以增加既有無線網絡頻譜的數據傳輸速度，而且又不用額外占用頻譜范圍，更重要的是，還能增加訊號接收距離。所以不少強調數據傳輸速度與傳輸距離的無線網絡設備，紛紛開始拋開對既有Wi-Fi聯盟的兼容性要求，而采用MIMO的技術，推出高傳輸率的無線網絡產品。
MIMO技術可以簡單的認為多進多出（MIMO：Multiple Input Multiple Output）技術，是在上個世紀末美國的貝爾實驗室提出的多天線通信系統(tǒng)，在發(fā)射端和接收端均采用多天線（或天線陣列）和多通道。因此我們今天看到的MIMO產品多數都不只一根天線。MIMO無線通信技術的概念是在任何一個無線通信系統(tǒng)，只要其發(fā)射端和接收端均采用了多個天線或者天線陣列，就構成了一個無線MIMO系統(tǒng)。MIMO無線通信技術采用空時處理技術進行信號處理，在多徑環(huán)境下，無線MIMO系統(tǒng)可以極大地提高頻譜利用率，增加系統(tǒng)的數據傳輸速率。MIMO技術非常適用于室內環(huán)境下的無線局域網系統(tǒng)使用。采用MIMO技術的無線局域網系統(tǒng)在室內環(huán)境下的頻譜效率可以達到20～40bps/Hz；而使用傳統(tǒng)無線通信技術在移動蜂窩中的頻譜效率僅為1～5bps/Hz，在點到點的固定微波系統(tǒng)中也只有10～12bps/Hz。
MIMO天線的原理：
圖1 MIMO系統(tǒng)的原理圖
傳輸信息流S（k）經過空時編碼形成N個信息子流Ci（k），i =1 ,…， N 。這N子流由N個天線發(fā)射出去，經空間信道后由M個接收天線接收。多天線接收機利用先進的空時編碼處理能夠分開并解碼這些數據子流，從而實現最佳的處理。
特別是，這N個子流同時發(fā)送到信道，各發(fā)射信號占用同一頻帶，因而并未增加帶寬。若各發(fā)射接收天線間的通道響應獨立，則多入多出系統(tǒng)可以創(chuàng)造多個并行空間信道。通過這些并行空間信道獨立地傳輸信息，數據率必然可以提高。
MIMO 將多徑無線信道與發(fā)射、接收視為一個整體進行優(yōu)化， 從而實現高的通信容量和頻譜利用率。這是一種近于最優(yōu)的空域時域聯合的分集和干擾對消處理。
