視頻多媒體共享對消費電子與無線網(wǎng)絡(luò)的融合來說至關(guān)重要。隨著數(shù)字和個人視頻錄像機(jī)變得普及，消費者期望能夠在家中的任何地方訪問所存儲的視頻資料。 
       為此，需要一種能夠提供足夠高位速率的無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，來支持從一個中心位置分發(fā)視頻和HDTV流，而且要達(dá)到整個家庭的覆蓋范圍。視頻應(yīng)用不能容忍帶寬波動，所以有保障的帶寬和服務(wù)質(zhì)量(QoS)是基本的需求。此外，不管環(huán)境條件怎么變化，無線網(wǎng)絡(luò)都應(yīng)該提供類似有線網(wǎng)絡(luò)的性能。 
       在新家庭環(huán)境中的這些挑戰(zhàn)和其它一些挑戰(zhàn)是無法靠現(xiàn)有基于IEEE 802.11 a/b/g的無線產(chǎn)品來應(yīng)對的。試圖把WLAN技術(shù)用于視頻分發(fā)的解決方案已被證明無法滿足消費者對連接范圍和圖片質(zhì)量的期望值。因而，需要開發(fā)新技術(shù)，目的是支持具有更高帶寬、更低擾動、更短延遲和更廣覆蓋范圍的高質(zhì)量視頻應(yīng)用。
擴(kuò)大覆蓋范圍 
       更高的數(shù)據(jù)吞吐率并不能解決與WLAN視頻分發(fā)相關(guān)的所有問題，但它是向魯棒解決方案邁出的重大一步。更高的數(shù)據(jù)吞吐率提供了更好的干擾抑制率，以及處理惡化的連接條件的種種手段。過剩帶寬還可被轉(zhuǎn)換成擴(kuò)大的覆蓋范圍或較低的功耗。許多可供選擇的技術(shù)和方法能用來達(dá)到這個目的。 
       MIMO:多輸入和多輸出技術(shù)是一種信號處理和智能天線技術(shù)，與傳統(tǒng)的無線系統(tǒng)相比，它可通過多個天線發(fā)送多個數(shù)據(jù)流并可達(dá)到更高的速率、更廣的范圍和更好的頻譜效率。MIMO是一種多維技術(shù)。它通過各個天線發(fā)送彼此獨立的數(shù)據(jù)流，因而其頻譜利用率增加的倍數(shù)相當(dāng)于所發(fā)送數(shù)據(jù)流的個數(shù)。

圖：采用信道捆綁可以達(dá)到兩倍以上的數(shù)據(jù)率。

       為了實現(xiàn)這點，MIMO在正交頻分復(fù)用(OFDM)的上層采用了空間多路技術(shù)(多個天線)。通過多個發(fā)送和接收天線對空間域和頻域上的信息進(jìn)行編碼，再與每個天線上的OFDM調(diào)制結(jié)合起來，從而增加了分集性以及魯棒性。這使得MIMO能夠克服信道損害問題，比如碼間干擾和其它干擾。 
       在發(fā)送端，MIMO對單一高速數(shù)據(jù)流編碼的方法是把它分散并從空間上獨立的天線上發(fā)送出去。有兩個而非一個數(shù)據(jù)流的好處是，通過讓每個數(shù)據(jù)流保持相同的速率可以使吞吐量翻倍，又或者是可以擴(kuò)大原始數(shù)據(jù)流的傳輸范圍，因為每個較低速率的數(shù)據(jù)流可以使用較低的天線群并只需要一個較低的信噪比就可把信號復(fù)原。在接收端，MIMO接收器利用算法來復(fù)原所發(fā)送的信號并把它們結(jié)合成單一的數(shù)據(jù)流。 
       MIMO的主要優(yōu)點包括較高的數(shù)據(jù)發(fā)送率，其增加的倍數(shù)相當(dāng)于發(fā)送數(shù)據(jù)流的數(shù)目，以及在多個通路的環(huán)境中建立無線連接的能力。 
       信道捆綁：香儂容量定律指出理論容量極限隨帶寬線性增加。因而，增加任何給定系統(tǒng)速率的方法就是擴(kuò)大其工作帶寬。對于WLAN系統(tǒng)來說，這通常叫做信道捆綁，因為把相臨的兩個20MHz信道捆綁在一起就可實現(xiàn)一個單一的40MHz信道。該帶寬的增加實際上會超過一倍，因為這兩個被捆綁信道之間的保護(hù)頻帶也可以被去除。 
       移到5GHz：5GHz頻帶在世界大部分地區(qū)提供了超過20條的20MHz信道，這使得它可以支持多得多的用戶、每個用戶高得多的帶寬以及更強的抗干擾能力。 
       先進(jìn)的前向糾錯：采用可選的低密度奇偶校驗(LDPC)，可提供比其它IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)所用的傳統(tǒng)卷積編碼大約要高3dB的編碼增益。LDPC編碼是一個由非常稀疏的奇偶校驗矩陣確定的線性塊編碼。LDPC已經(jīng)得到驗證并被采納為DVB-S2衛(wèi)星廣播和10Gb銅纜以太網(wǎng)的系統(tǒng)規(guī)范。 
       額外的編碼增益可用來擴(kuò)展同樣數(shù)據(jù)率下的傳送范圍。例如，3dB的LDPC編碼增益可轉(zhuǎn)換成多達(dá)30%的傳輸距離改善。它還可被用來增加數(shù)據(jù)吞吐率或者用來增強魯棒性和抗干擾能力。當(dāng)需要一個低的包誤差率和高數(shù)據(jù)率時，LDPC的編碼優(yōu)勢可以發(fā)揮到，尤其是在視頻分發(fā)這類要求很高的應(yīng)用中。 
       提高M(jìn)AC效率：802.11媒體存取控制層和物理層有固定的處理開銷，與包的大小完全無關(guān)。在改進(jìn)現(xiàn)有的802.11 WLAN標(biāo)準(zhǔn)時，降低該處理開銷是主要的考慮之一。IEEE 802.11a/b/g的MAC效率在條件下一般為50%左右。如果對發(fā)到同一個目的地的各個數(shù)據(jù)包采用一個聚集方案，就可把MAC效率提高到70%，從而消除了與每個分包相關(guān)的處理開銷，而代之以一個公共的處理開銷。 
       與每個IEEE 802.11a/b/g多MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元(MPDU)發(fā)送相關(guān)的公共處理開銷現(xiàn)在與許多MPDU都相關(guān)。這成比例地增加了有效數(shù)據(jù)吞吐率。多達(dá)32個具有相同目的地地址和優(yōu)先權(quán)的MPDU聚集成一個單一的級聯(lián)有效負(fù)載，也叫做一個聚集的MPDU。 
       用一個認(rèn)可聚集MPDU的協(xié)議實現(xiàn)聚集交換順序是可能的，該協(xié)議具有單一的塊應(yīng)答(Block ACK)而非多個ACK信號。這個協(xié)議有效地消除了為每個MPDU都啟動一次新傳送的需要。 
       抖動消除和時鐘恢復(fù)：大部分視頻廣播采用MPEG-2傳送標(biāo)準(zhǔn)。為了以正確的方式解釋MPEG表達(dá)和定時信息，解碼器時鐘需要鎖定在編碼器時鐘上。不然的話，在解碼器緩沖器這一端也許會發(fā)生上溢出和下溢出，從而帶來包丟失的風(fēng)險。 
       如果抖動持續(xù)的時間超過500納秒的話，大部分公共解碼器不能鎖定在編碼器時鐘上。當(dāng)穿過一個異步包網(wǎng)絡(luò)時，如一個無線網(wǎng)絡(luò)，也許會引入一個高得多的抖動，所以需要一種抖動消除機(jī)制。 
       有幾種機(jī)制可以消除抖動，它們?nèi)家蟀l(fā)送器和接收器具有一個公共的時鐘。由于通信流是可變的位速率，在異步網(wǎng)絡(luò)接收器端的一個抖動緩沖器可與該異步網(wǎng)絡(luò)發(fā)送器端的一個時間標(biāo)記一起使用。這些時間標(biāo)記將準(zhǔn)確地通知該抖動緩沖器機(jī)制何時發(fā)出下一個數(shù)據(jù)包。 
       然而，在接收器端準(zhǔn)確地以發(fā)送器發(fā)出的形式解釋該時間標(biāo)記需要發(fā)送器時間標(biāo)記機(jī)制和接收器抖動緩沖器時間標(biāo)記機(jī)制之間的時鐘同步。否則，該抖動緩沖器有可能發(fā)生上溢出或下溢出，而且包將會丟失。許多算法允許在有抖動的情況下實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)端點之間的時鐘復(fù)原。 
       由于在異步包網(wǎng)絡(luò)中的延遲通常不是恒定的，因此需要開發(fā)算法來評估網(wǎng)絡(luò)抖動并把它從時鐘差異中隔離出來。為了能夠修正所發(fā)送的時間標(biāo)記，這類隔離是需要的，所以它們之間的差異只反映時鐘差異，而不是網(wǎng)絡(luò)抖動。 
       現(xiàn)有的802.11主要使用分布式協(xié)調(diào)功能(DCF)方法來訪問無線媒質(zhì)。DCF為每個設(shè)備訪問該無線媒介提供了一個平等的機(jī)會。但是當(dāng)處理視頻、游戲和其它不能容忍帶寬波動的應(yīng)用時，DCF提供的公平訪問就不合時宜了。 
       IEEE 802.11e標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)是解決這些問題，該標(biāo)準(zhǔn)包括兩個主要部分。部分是強化的分布式信道訪問(EDCA)，它為不同類型的數(shù)據(jù)包定義了四個優(yōu)先級別或訪問種類。然而，它不保證帶寬、抖動或延遲。 
       第二部分是混合協(xié)調(diào)功能控制信道訪問(HCCA)，它通過一個針對帶寬利用率的中心仲裁器來保證基于EDCA分類的包預(yù)留帶寬。 
       盡管在DCF中，所有站都試圖以同樣的優(yōu)先級訪問無線媒介。但在EDCA中有四個優(yōu)先級別或訪問種類。它偵聽媒介并用一個退避(back-off)機(jī)制來確定所允許的發(fā)送時間，此機(jī)制類似于DCF規(guī)定的機(jī)制。 
       然而，不同于DCF，的退避時間對于不同的訪問種類來說是不同的，這意味著較高優(yōu)先級的訪問種類比優(yōu)先級較低的訪問種類具有更短的退避時間。較短的退避時間允許較高優(yōu)先級的訪問種類比優(yōu)先級低的訪問種類更多地贏得對無線媒介的訪問。 
       具有同樣訪問種類的應(yīng)用或包還具有同樣的退避時間，因而具有同樣的贏得訪問無線媒介的機(jī)會。EDCA的實現(xiàn)相當(dāng)簡單，但不能保證延遲、抖動或帶寬。
一種更好的解決方案 
       HCCA 采用另一種方法來保證服務(wù)質(zhì)量(QoS)。該方法不是等待一個空閑時間來發(fā)送，也不是采用一個退避機(jī)制，它是依賴該訪問點的中心化控制，這樣可以保證每個連接站的發(fā)送時間和持續(xù)期。愿意加入該網(wǎng)絡(luò)的每個站必須請求該中心訪問點的允許。這個請求包括一個詳細(xì)介紹了該站所需QoS的通信規(guī)范。 
       該訪問點確定它是否能夠支持所請求的QoS規(guī)范，并接納或拒絕一個站。該訪問點維持一個基于其所有注冊站QoS需求的中心化調(diào)度系統(tǒng)。隨后，該訪問點通知每個站可以訪問無線媒介的時間。 
       由于這個過程是從一個中心地點進(jìn)行管理的，因此可以保證該訪問是無競爭沖突的。因為一切都是根據(jù)注冊預(yù)先確定的，所以HCCA能保證帶寬、抖動和延遲，不然的話這在一個混合數(shù)據(jù)和多媒體的環(huán)境中將是一個困難的挑戰(zhàn)。
作者：Gil Epshtein
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