wifi最初設計時為什麼不引入多址技術?

wlan中的節點傳輸是基於競爭的傳輸,同一時間只能有一個傳輸。那為何最初設計時不引入可以多用戶同時傳或同時傳給多用戶的技術。


謝邀。~額。。。分割下問題

1.首先題目所述為「多址」技術,應該可以理解成多址接入技術,翻譯應該就是multiple access。所以這裡問題就比較容易理解了,wifi所基於的CSMA/CA即是Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance,在其中已經體現了multiple access的元素,所以也是基於多址接入技術的。在wiki中(額。。一般情況下,偶覺得wiki中的定義還是比較有公信力的,所以偶一般都參考下wiki),「In telecommunications and computer networks, a channel access method or multiple access method allows several terminals connected to the same multi-point transmission medium to transmit over it and to share its capacity. Examples of shared physical media are wireless networks, bus networks, ring networks and half-duplex point-to-point links.」(參考《Channel access method》,第一段)。所以在多址的定義中,偶理解是「不同節點可以向同一個接收方發送數據」,這裡並沒有強調同時這個元素。

2.在題目的描述中,這裡有兩個問題需要分割一下,

其一對於「WLAN中節點是基於競爭的傳輸",WLAN設計中實際上存在競爭(DCF),非競爭(PCF)以及混合(HCF)三種工作模式,在現實的應用中,所有設備基本還是工作在DCF模式下(其中DCF就是基於競爭的,而PCF是基於輪詢的)。原因很大一部分在於成本和應用場景上,PCF相對於DCF所需要的時間同步要求高,需要保證所有人的步調一致才可以做輪詢調用,而DCF是分散式的,對於不同拓撲,不同環境有比較好的適應力,WLAN的部署環境中,節點還是比較分布離散,以及會有一些移動的情況,所以比較適合分散式的演算法。而且一般WLAN的場景中,很少會出現一個AP下面掛很多節點(除了商業場景),所以本身的競爭衝突就會少,所以競爭的方法實際上效率會高一些,而在輪詢中,每一次需要額外的輪詢開銷,所以會降低效率。(至於HCF就是PCF+DCF,原因是和PCF的一樣的)

其二對於「同一時間只能有一個傳輸。那為何最初設計時不引入可以多用戶同時傳或同時傳給多用戶的技術。」,實際上細說這句話還需要分成兩層,

(a),我猜測題主的本意是想說,「為什麼wifi本身不基於CDMA或者FDMA這樣能夠讓多個用戶同時接入的方法的」。首先CDMA是一種同步要求比較高的技術,同步要求高容易提高硬體需求,從而可能影響成本。同時CDMA中還需要碼元的分配,也需要額外的開銷。其實更主要的是,在WLAN環境中(額,還是非商用額),多節點同時上網的場景出現的不多,CDMA技術也有很多優點就是了,但是WLAN環境中,也許有很多個設備同時掛在一個AP下,比如說10台,但是一般一個時間段有數據傳輸需求的可能就1~3個設備,所以沒有像CDMA用在話音通信中,同時有很多個設備進行通話這樣的需求,即WIFI下雖然掛著很多設備,但是很多都是半睡半醒的。而如果使用FDMA的話,原因和CDMA差不多,額外還有一點就是,WIFI工作在ISM頻段,頻段資源比較有限,而且也不全是WIFI所使用的,而FDMA需要保護頻段,這點不是特別好分配,同時也會導致效率降低。

(b),同一個時間多個用戶傳輸,這點的確是WIFI設計中一直所在設想的一個東西,即像當時有線網路中的hub和switch一樣,也希望在無線中設計出一種類似switch一樣的陣列交換結構,所以目前的主流設計是基於MU-MIMO。MU-MIMO是利用波束賦形的方法,工作原理類似於下圖

這裡有一個AP,兩個設備,在AP身上通過演算法(這裡演算法有興趣可以自己檢索下,中文的話就是干擾消除和干擾對其技術),發送的實際上可以理解成兩個空間流,這樣兩個設備就可以同時接收來自AP的不同數據了。(反向也就是多個用戶同時向AP發送數據,這點是可以做到的,如LTE中有採用,但是在目前的802.11ac協議中,僅僅是下行,上行沒有採用MU-MIMO,也許在以後的協議版本中會補充)。同時在WIFI的設計中,可能還會引入OFDMA(目前協議中並沒有引入,我記得不是很清楚,好像WiMAX,也就是802.16裡面有引入,如有錯誤還請指正),通過OFDMA可以避免FDMA所額外需要的保護間隔,同時也可以做到同時接入(每一個設備佔據不同的子載波,通過子載波分割,然後同時接入AP),這點的學術有做了不少,不過會不會引入協議中,暫時還不知道,有這個可能性而已。(PS:還有一點純屬個人觀點,如有錯誤還請指正。也就是為什麼目前802.11專註於MU-MIMO來擴展多人通信的可能,而沒有選擇CDMA。這點我理解是與OFDM有關,目前802.11的基本版本中,除了802.11b是基於DSSS的,其他都是基於OFDM的。OFDM的碼元周期長,信道變化平緩,所以比較適合MIMO技術,從而在802.11n中就引入了MIMO,而CDMA的機制本質上和DSSS是一樣的,與MIMO技術配合的不是特別好。所以802.11還是一直往OFDM,OFDM+MIMO,OFDM+MU-MIMO這條線繼續走,所以前面才估計有可能會採用OFDMA,也就是由於其本身目前主要還是OFDM技術為主考量的,同時OFDM還有很多更新的研究成果,如GFDM之類,也是有可能在將來被採用的)。


當然有多址技術,題主你心目中的多址技術是啥?


其實802.11中CSMA/CA就是多址技術,不然怎麼和多用戶通信呢,不能同時,但可以時分。可以把CSMA/CA理解為TDMA,只不過TDMA的時隙是劃分好的。802.11ac wave2實現了MU-MIMO,可以同時與多用戶通信,預計後年802.11ac wave2會成為主流。

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WIFI就是802.11技術的俗稱,無線區域網。而同樣是802項目組下的802.3就是乙太網,乙太網在10M和100M的時候有半雙工通信,半雙工通信有CSMA/CD技術來避免衝突。同時集線器時代,多節點也是通過CSMA/CD技術來避免衝突。

CSMA/CD技術簡單點說就是:在發送數據前,先監聽信道是否空閑,若空閑則立即發送數據。在發送數據時,邊發送邊繼續監聽,若監聽到衝突,則立即停止發送數據。等待一段隨即時間,再重新嘗試。

開始802.11項目,無線區域網,自然要用自己的技術,與把CSMA/CD調整一下應用到WLAN技術上叫CSMA/CA,這是技術的傳承,也比較容易實現。既然採用了該技術滿足要求,就沒有必要再採用其他的多址技術了。

事實上實現無線網路真正的同時與多用戶通信,很難的。如果要FDMA實現同時(真正的同時),則需要多發射機,多信道。如果CDMA的AP端要複雜,貌似CDMA技術還是專利不能隨便用。

以上是淺見


可能題主想問的是為什麼同一時間只能有一個用戶接入吧

因為一般來說信道只有一條

如果有多個用戶在同一時間在這條信道中接入

而且到達時間有重疊

那AP這裡接受的信號就會疊加啊 就是所謂的碰撞

所以無法正常校驗和解碼

需要DCF和PCF來控制接入


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