視頻多媒體共享對消費電子與無線網絡的融合來說至關重要。隨著數字和個人視頻錄像機變得普及，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網技術，來支持從一個中心位置分發視頻和HDTV流，而且要達到整個家庭的覆蓋范圍。視頻應用不能容忍帶寬波動，所以有保障的帶寬和服務質量(QoS)是基本的需求。此外，不管環境條件怎么變化，無線網絡都應該提供類似有線網絡的性能。 
       在新家庭環境中的這些挑戰和其它一些挑戰是無法靠現有基于IEEE 802.11 a/b/g的無線產品來應對的。試圖把WLAN技術用于視頻分發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量的期望值。因而，需要開發新技術，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量視頻應用。
擴大覆蓋范圍 
       更高的數據吞吐率并不能解決與WLAN視頻分發相關的所有問題，但它是向魯棒解決方案邁出的重大一步。更高的數據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。過剩帶寬還可被轉換成擴大的覆蓋范圍或較低的功耗。許多可供選擇的技術和方法能用來達到這個目的。 
       MIMO:多輸入和多輸出技術是一種信號處理和智能天線技術，與傳統的無線系統相比，它可通過多個天線發送多個數據流并可達到更高的速率、更廣的范圍和更好的頻譜效率。MIMO是一種多維技術。它通過各個天線發送彼此獨立的數據流，因而其頻譜利用率增加的倍數相當于所發送數據流的個數。

圖：采用信道捆綁可以達到兩倍以上的數據率。

       為了實現這點，MIMO在正交頻分復用(OFDM)的上層采用了空間多路技術(多個天線)。通過多個發送和接收天線對空間域和頻域上的信息進行編碼，再與每個天線上的OFDM調制結合起來，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。 
       在發送端，MIMO對單一高速數據流編碼的方法是把它分散并從空間上獨立的天線上發送出去。有兩個而非一個數據流的好處是，通過讓每個數據流保持相同的速率可以使吞吐量翻倍，又或者是可以擴大原始數據流的傳輸范圍，因為每個較低速率的數據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原。在接收端，MIMO接收器利用算法來復原所發送的信號并把它們結合成單一的數據流。 
       MIMO的主要優點包括較高的數據發送率，其增加的倍數相當于發送數據流的數目，以及在多個通路的環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，增加任何給定系統速率的方法就是擴大其工作帶寬。對于WLAN系統來說，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頻帶也可以被去除。 
       移到5GHz：5GHz頻帶在世界大部分地區提供了超過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標準所用的傳統卷積編碼大約要高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已經得到驗證并被采納為DVB-S2衛星廣播和10Gb銅纜以太網的系統規范。 
       額外的編碼增益可用來擴展同樣數據率下的傳送范圍。例如，3dB的LDPC編碼增益可轉換成多達30%的傳輸距離改善。它還可被用來增加數據吞吐率或者用來增強魯棒性和抗干擾能力。當需要一個低的包誤差率和高數據率時，LDPC的編碼優勢可以發揮到，尤其是在視頻分發這類要求很高的應用中。 
       提高MAC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。在改進現有的802.11 WLAN標準時，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。如果對發到同一個目的地的各個數據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協議數據單元(MPDU)發送相關的公共處理開銷現在與許多MPDU都相關。這成比例地增加了有效數據吞吐率。多達32個具有相同目的地地址和優先權的MPDU聚集成一個單一的級聯有效負載，也叫做一個聚集的MPDU。 
       用一個認可聚集MPDU的協議實現聚集交換順序是可能的，該協議具有單一的塊應答(Block ACK)而非多個ACK信號。這個協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：大部分視頻廣播采用MPEG-2傳送標準。為了以正確的方式解釋MPEG表達和定時信息，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生上溢出和下溢出，從而帶來包丟失的風險。 
       如果抖動持續的時間超過500納秒的話，大部分公共解碼器不能鎖定在編碼器時鐘上。當穿過一個異步包網絡時，如一個無線網絡，也許會引入一個高得多的抖動，所以需要一種抖動消除機制。 
       有幾種機制可以消除抖動，它們全都要求發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，在異步網絡接收器端的一個抖動緩沖器可與該異步網絡發送器端的一個時間標記一起使用。這些時間標記將準確地通知該抖動緩沖器機制何時發出下一個數據包。 
       然而，在接收器端準確地以發送器發出的形式解釋該時間標記需要發送器時間標記機制和接收器抖動緩沖器時間標記機制之間的時鐘同步。否則，該抖動緩沖器有可能發生上溢出或下溢出，而且包將會丟失。許多算法允許在有抖動的情況下實現網絡端點之間的時鐘復原。 
       由于在異步包網絡中的延遲通常不是恒定的，因此需要開發算法來評估網絡抖動并把它從時鐘差異中隔離出來。為了能夠修正所發送的時間標記，這類隔離是需要的，所以它們之間的差異只反映時鐘差異，而不是網絡抖動。 
       現有的802.11主要使用分布式協調功能(DCF)方法來訪問無線媒質。DCF為每個設備訪問該無線媒介提供了一個平等的機會。但是當處理視頻、游戲和其它不能容忍帶寬波動的應用時，DCF提供的公平訪問就不合時宜了。 
       IEEE 802.11e標準的目標是解決這些問題，該標準包括兩個主要部分。部分是強化的分布式信道訪問(EDCA)，它為不同類型的數據包定義了四個優先級別或訪問種類。然而，它不保證帶寬、抖動或延遲。 
       第二部分是混合協調功能控制信道訪問(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分類的包預留帶寬。 
       盡管在DCF中，所有站都試圖以同樣的優先級訪問無線媒介。但在EDCA中有四個優先級別或訪問種類。它偵聽媒介并用一個退避(back-off)機制來確定所允許的發送時間，此機制類似于DCF規定的機制。 
       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，這意味著較高優先級的訪問種類比優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先級的訪問種類比優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會。EDCA的實現相當簡單，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質量(QoS)。該方法不是等待一個空閑時間來發送，也不是采用一個退避機制，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送時間和持續期。愿意加入該網絡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介紹了該站所需QoS的通信規范。 
       該訪問點確定它是否能夠支持所請求的QoS規范，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需求的中心化調度系統。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。因為一切都是根據注冊預先確定的，所以HCCA能保證帶寬、抖動和延遲，不然的話這在一個混合數據和多媒體的環境中將是一個困難的挑戰。
作者：Gil Epshtein
產品經理
Metalink公司