第二次课IEEE802.11n技术

1、ieee 802.11n技术技术 wlan 网络质量衡量指标 信号强度 无线适配器接收到的最强信号的值，单位：dbm。 信噪比（snr） 狭义来讲是指信号强度与噪声强度的比值，常用分贝数表示。 同频干扰 指无用信号的载频与有用信号的载频相同，对接收有用信号的接收机造成的 干扰。 网络丢包率、网络时延（ping 测试） 丢包率：即在单位时间内发送的数据包和未收到的数据包的比。 网络时延：是指结点在发送数据时数据块从结点进入到传输媒体所需的时间 下载速率 速率测试使用的是 ftp 协议，从用户的电脑向测试平台发起 ftp 连接，对 网络资源进行 下载这一过程中的下载速率，它以“kb/s”的形式来表

2、达。 （注：kbps数值除以8等于kb/s的数值） 第一印象 高带宽广覆盖 易兼容 高稳定易穿透 密接入 ieee 802.11n 树立概念 11n是一个解决方案，而不单单是一个ap在战斗！ 11n ap 内容简介 ieee 802.11n概述概述 ieee 802.11n关键技术关键技术 ieee 802.11n产业现状产业现状 ieee 802.11n部署策略部署策略 第一部分 ieee 802.11n概述概述 别名及称呼 从无线模式分类 an：5.8ghz的11n gn：2.4ghz的11n agn：2.4ghz/5.8ghz的11n 也有人常用mimo+空间流的方式来表达 11：1 1

3、2：1 22：2 23：2 33：2 44：4 11n 你们是 在喊我 吗？！ 802.11n中采用了mimo技术多载波复用技术，实现多根 天线推进的传输的空分复用技术，提高了数据业务吞吐量 和容量的核心技术，实现多数据流的同时传输 。802.11n 是从发射/接收单元来分类： 1*1：一发一收，单流； 1*2：一发两收，单流； 2*2：两发两收，双流； 2*3：两发三收，双流； 3*3：两发（动态选择三路发射单元中最大的两路发射单 元）三收，双流； 成长历程 2002年9月：ieee高吞吐量研究组成立，专门探讨提升wlan速度的可行性 2003年9月：ieee成立802.11n任务组，负责创

4、设100+mbpswlan标准。 2004年10月：贝尔金（belkin）公司发布“前11n”接入点，采用了airgo网络（后被高通收购）研 制的首个商用mimo芯片组。 2005年7月：11n草案1获通过 2006年7月：戴尔为其最新推出的笔记本电脑发布了草案-11nwi-fi网卡，采用的是broadcom芯片 2006年8月：wi-fi联盟调整了其正式标准不出不测试wlan设备的立场，开始进行测试。 2007年3月：11n草案2获通过。 2007年6月：wi-fi联盟发布了11n互操作性测试及认证程序。 2007年9月：burton集团分析师pauldebeasi在一份颇有争议的报告中提出

5、了802.11n是否意味着“ 接入以太网终结”的观点。思科也发布了它的首款11n接入点。 2008年3月：国内首款企业级11n产品由h3c发布。 2008年8月：英国电信北美公司的调查发现，226家企业中有三分之一将在未来12个月内迁移到11n ，另有20%的企业会在24个月实施迁移。 2008年9月：ieee成立了两个千兆无线任务组，一个研究6ghz频段，另一个研究60ghz频段。 2009年9月11日：ieee标准委员会终于批准通过802.11n成为正式标准,最高 速率可达600mbps。 家庭背景 标准号ieee802.11bieee802.11aieee802.11gieee 802.

6、11n 标准发布时间1999年9月1999年9月2003年6月2009年9月 工作频率范围2.42.4835ghz 5.1505.350ghz 5.4755.725ghz 5.7255.850ghz 2.42.4835ghz 2.42.4835ghz 5.1505.850ghz 非重叠信道数324315 最高速率（mbps）115454150-600 实际吞吐量（mbps）62424100以上 受干扰机率高低高低 环境适应性差较好好很好 调制方式cck/dsssofdmcck/ofdmmimo/ofdm 兼容性802.11b802.11a802.11b/g802.11a/b/g/n 特长及爱好

7、 使用11n设备，吞吐量大于140mbps 高带宽 同等情况下11n产品的覆盖距离至少可达到11g产品的两倍 广覆盖 同等接入体验下11nap的并发接入数为11gap的5倍以上 密接入 由于mimo的多天线特征，使得终端接收信号质量提升，尤其在一 些较为复杂的环境下，多天线的绕射能力和对多信号的接收能力可 以得到有效发挥。 易穿透 还是mimo天线的作用，信号质量在环境复杂情况下会更加稳定。 高稳定 全面兼容11a/b/g，终端与网卡间兼容性有wi-fi认证作保证。 易兼容 第二部分 ieee 802.11n关键技术关键技术 身体素质 关键技术：mimo、聚合帧等 峰值速率：44 mimo可达

8、600mbps 频点：2.4ghz和5ghz 带宽：20mhz、40mhz 兼容性：兼容11a/b/g 物理层关键技术物理层关键技术 mac层关键技术层关键技术 mimo mimo-ofdm 信道捆绑信道捆绑 更多子载波更多子载波 short gi 更高调制速率更高调制速率 帧聚合 block ack 缩小帧间间隔 增强的节能模式 身体素质 关键技术：mimo、聚合帧等 峰值速率：44 mimo可达600mbps 频点：2.4ghz和5ghz 带宽：20mhz、40mhz 兼容性：兼容11a/b/g 物理层关键技术物理层关键技术 mac层关键技术层关键技术 mimo mimo-ofdm 信道捆

9、绑信道捆绑 更多子载波更多子载波 short gi 更高调制速率更高调制速率 帧聚合 block ack 缩小帧间间隔 增强的节能模式 “锁定技”mimo mimo（multiple-input multiple-out-put）读作maimou， 多入多出。 mimo技术是在链路的发送端和接收端都采用多副天线， 将多径传播变为有利因素，从而在不增加信道带宽的情况 下，成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率，以达到 wlan系统速率的提升。 radio radio tx radio radio radio radio rx 3 x 3 物理层关键技术mimo的优势 提高吞吐量 通过多条通道，并发

10、传递多条空间流，可以成倍提高系统吞吐量。 改善snr 通过多条通道，无线信号通过多条路径从发射端到达接收端多个接收 天线。由于经过多条路径传播，每条路径一般不会同时衰减严重，采 用优化算法把这些多个信号进行综合计算，可以改善接收端的snr。 利用多径传播 在室内环境下通过存在的多条路径（通道）来同时传播多条流。有意 思的事情出现了：一直以来，无线技术(如ofdm)总是企图克服多径 效应的影响，而mimo恰恰是在利用多径来传输数据。 物理层关键技术：mimo-ofdm mimo-ofdm技术： 将高速码流拆分成多个低速码流，每个低速码流在相同的频点上分别由不 同的天线同时发送 码流在接收端进行整

11、合。 空间流： 在802.11n中，空间流指的是发射的信号的数量。 空间流的数量是由发射天线的数量决定的。例如，2x3 mimo最多只能有2 个空间流。 从发射/接收单元分类，mimo系统可分为： 11：一发一收，单流 12：一发两收，单流 22：两发两收，双流 23：两发三收，双流 33：三发三收，三流 44：四发四收，四流 关于”流“的概念 物理层关键技术：mrc 多径传播： 当一个信号通过不同的路径传输，被一个接收 器接收，最短路径的信号最先到达，其次是副 本或是从不同路径来的略有时延的回波信号。 这种情况称为多径传播。当客户端、人员、物 体在网络无线接入点间移动时，多路径传播的 环境是

12、不断变化的。 通常情况下，多径传播带来了干扰衰减。 多径传播示意图多径传播示意图 mrc技术：最大合并比（maximal ratio combining） 802.11n技术可以将这些副本信号与原信号组合 在一起进行强化，使信号强度更高，增强了信噪 比，从而提升了传输速率，或者在同样的传输速 率下，可以延伸传输距离。 每个天线看到的多径 信号 radio选择一个较强的 信号接收 原始信号的多径反射 关于分集接收：三路多径反射到一个接收器 三路多径反射到一个mimo ap:mrc技术 dsp对信号进行加权处理 提升接收信号强度 获得的信号得到了有效的 增强 原始信号的多径反射 mrc技术使传统客

13、户端受益 虽然传统客户端只有1根天线，但11n ap的多天线可以通 过mrc技术提高信号强度、提高灵敏度，从而更容易接 收到微弱信号，覆盖范围、传输速率得到一定提高。 radiotxradio radio radio rx 物理层关键技术：信道捆绑 传统802.11标准，空口都工作在20mhz频宽，802.11n通过将两个相 邻的20mhz带宽捆绑在一起组成一个40mhz通讯带宽，在实际工作时 可以作为两个20mhz的带宽使用（一个为主带宽，一个为次带宽，收 发数据时既可以40mhz的带宽工作，也可以单个20mhz带宽工作）， 这样可将速率提高一倍。 20mhz channel 20mhz c

14、hannel 40mhz channel 75mbps 75mbps 150mbps 物理层关键技术：更多的子载波 20mhz：802.11a/g 52子载波（48数据子载波），接入速率为54mbps。 20mhz：802.11n 56子载波（52数据子载波），单流速率提升至58.5mbps， 双流速率提升至117mbps。 40mhz：802.11n 114子载波（108数据子载波），单流速率提升至 121.5mbps，双流速率提升至243mbps。 物理层关键技术：short gi 由于多径效应的影响，信息符号(information symbol)将通过多条路径 传递，在接收侧形成时延，

15、如果后续数据块发送过快，会和前一个数 据块形成干扰，导致isi干扰。为此，802.11a/g标准要求在发送信息 符号时，必须保证在信息符号之间存在800 ns的时间间隔，这个间隔 被称为guard interval (gi)。 short gi是802.11n针对802.11a/g所做的改进，用以保证接收侧能够 正确的解析出各个数据块。802.11n仍然使用缺省使用800 ns gi。当 多径效应不是很严重时，用户可以将该间隔配置为400ns，对于一条 空间流，可以将吞吐提高近10%，即从65mbps提高到72.2 mbps。对 于多径效应较明显的环境，不建议使用short guard int

16、erval (gi)。另 外，short gi与带宽无关，支持20mhz、40mhz带宽。 物理层关键技术：更高调制速率 在802.11a/g中规定了7个速率：6，12，18，24，36，48和54mbps 802.11n时代，由于物理速率依赖于调制方法、编码率、空间流数量 、是否40mhz绑定等多个因素。这些影响吞吐的因素组合在一起，将 产生非常多的物理速率供选择使用。比如基于short gi,40mhz绑定等 技术，在4条空间流的条件下，物理速率最大可以达到600mbps(即 4*150)。为此，802.11n提出了mcs的概念。mcs可以理解为这些影 响速率因素的完整组合，每种组合用整数

17、来唯一标示。对于ap， mcs普遍支持的范围为0-15（300mbps）。802.11n的速率可多达 300个可选速率，但是基准速率只有8种：6.5，13，19.5，26，39， 52，58.5，65mbps。这一基准速率相比以802.11a/g，提高了大约 8%（如1819.5），其他的速率一般都来源于此8个基本速率。 802.11n速率计算方法 802.11n采用mimo多天线技术，当存在一根天线(1x1)，在每种带宽下它存在8种速率( 记为mcs0-mcs7，mcs：modulation and coding scheme);当存在两根天线(2x2)， 在每种带宽下它存在16种速率(记为

18、mcs0-mcs15)；当存在三根天线(3x3)，在每种带 宽下它存在24种速率(记为mcs0-mcs23);当存在四根天线(4x4)，在每种带宽下它存 在32种速率(记为mcs0-mcs31)。 802.11n采用多种调制技术，但是每一列速率对应的码率(即有效数据和发出的数据的 比率)是不一样的，例如在mcs7和mcs15时，码率是5/6，而在mcs6和mcs14时， 码率是3/4。 802.11n采用和11a/g一样的ofdm调制方式，ofdm是将一个宽的带宽正交地分割成 几个小的子载波，这些子载波并行地传输数据。对于20mhz时，其子载波的数目为56 个，其中52个用于传输数据，另外4个

19、称之为pilot carries，用于辅助传输；当40mhz 时，子载波数目为114个，其中108个用于传输数据，其余为pilot carries。 802.11n支持400us的short gi。原11a/g 的short gi 时长800us，短间隔short gi 时长 为400us无线信号在空间传输会因多径等因素在接收侧形成时延，如果后面的数据块发 送的过快，会和前一个数据块的形成干扰，gi 可以用来规避这个干扰。在使用short gi 的情况下，可提高10%的速率。 802.11n速率=有效载波数编码率子载波传输数位空间流数gi 802.11n速率表 mcs空间流数调制方式码率 带宽

20、（20mhz）带宽（40mhz） gi=800nsgi=400nsgi=800nsgi=400ns 01bpsk1/15 11qpsk1/21314.42730 21qpsk3/419.521.740.545 3116-qam1/22628.95460 4116-qam3/43943.38190 5164-qam2/35257.8108120 6164-qam3/458.565121.5135 7164-qam5/66572.2135150 82bpsk1/21314.42730 92qpsk1/22628.95460 102qpsk3/43943.38190 11216

21、-qam1/25257.8108120 12216-qam3/47886.7162180 13264-qam2/3104115.6216240 14264-qam3/4117130243270 15264-qam5/6130144.4270300 23364-qam5/6195216.7405450 31464-qam5/6260288.9540600 身体素质 关键技术：mimo、聚合帧等 峰值速率：44 mimo可达600mbps 频点：2.4ghz和5ghz 带宽：20mhz、40mhz 兼容性：兼容11a/b/g 物理层关键技术物理层关键技术 mac层关键技术层关键技术 mimo mi

22、mo-ofdm mrc 信道捆绑 更多子载波 short gi 更高调制速率 帧聚合帧聚合 block ack 缩小帧间间隔缩小帧间间隔 增强的节能模式增强的节能模式 mac关键技术：帧聚合（1） 帧聚合（ frame aggregation ）技术原理： 将要传送到同一个地方的封包结合，共同使用一个frame来传送。 帧聚合技术降低了报文头的数量，提高了有效载荷，充分提高了数据 传输效率。 mac关键技术：帧聚合（2） 帧聚合技术包含针对msdu的聚合(a-msdu)和针对mpdu的聚合(a-mpdu)： a-msdu技术是指把多个msdu通过一定的方式聚合成一个较大的载荷。这 里的msdu

23、可以认为是ethernet报文。通常，当ap或无线客户端从协议栈 收到报文(msdu)时，会打上ethernet报文头，我们称之为a-msdu subframe;而在通过射频口发送出去前，需要一一将其转换成802.11报文格 式。而a- msdu技术旨在将若干个a-msdu subframe聚合到一起，并封装 为一个802.11报文进行发送。从而减少了发送每一个802.11报文所需的 plcp preamble，plcp header和802.11mac头的开销，同时减少了应答 帧的数量，提高了报文发送的效率。 mac关键技术：帧聚合（3） a-mpdu：与a-msdu不同的是，a-mpdu聚

24、合的是经过 802.11报文封装后的mpdu，这里的mpdu是指经过 802.11封装过的数据帧。通过一次性发送若干个mpdu， 减少了发送每个802.11报文所需的plcp preamble，plcp header，从而提高系统吞吐量。 mac关键技术： block ack block ack，块确认 为保证数据传输的可靠性， 802.11协议规定每收到一个 单播数据帧，都必须立即回 应以ack帧。a-mpdu的接 收端在收到a-mpdu后，需 要对其中的每一个mpdu进 行处理，因此同样针对每一 个mpdu发送应答帧。block acknowledgement通过使用 一个ack帧来完成对

25、多个 mpdu的应答，以降低这种 情况下的ack帧的数量。 mac关键技术：缩小帧间间隔 当客户端或接入点有大量的帧需要连续发送时，必须在帧 间暂停，这些暂停构成了整个网络的开销。在802.11n 之 前，同一客户端或接入点发射的帧间暂停设置为sifs（短 帧间间隔），为16 微秒。 802.11n 定义了一种更小的间隔，即rifs（减少的帧间间 隔），为2微秒。 rifs 不能用于不同基站发送的帧间暂停，并且只能出现 在两个连续的帧之间。 mac关键技术：增强的节能模式 空间多路节能（sm节能） 空间多路节能特性能够让802.11n客户端只保留一个无线信号，而关掉 其他所有无线信号。空间多路

26、节能有两种运行模式。 静态模式下：客户端只保留一个无线信号，无线接入点将只发送 单个空间信号，直到客户端声明其启用了多个无线信号为止。 动态模式同样只保留一个无线信号，无线接入点在发送数据前， 先发送一个rts信号唤醒客户端。客户端收到rts信号后，马上 启用无线信道，这时所有的无线信道都准备好接受从接入点发出 的数据。 节能多轮询（ps multi-poll ） 客户端计划帧的发送，通知接入点在收到下一个通知之前客户端将停 止接收帧。当客户端希望通信时，它会向接入点发送一个触发帧，然 后双方传输所有排队的数据。 物理层、mac层关键技术简要回顾 ofdm mimo 40mhz short g

27、i 帧聚合 块应答 车道宽一倍，车流量就大一倍。2.4ghz下慎用。 帧与帧之间的间距更短了。 多个帧并成一个帧来发。 多个帧只用一个应答来搞定。 11n核心技术，多天线同时发射接收。 11g核心技术，速度达到54mbps的原因。 关键技术：兼容性 与802.11a/b/g的兼容性 802.11n采用软件无线电 ng完全兼容802.11b/g na完全兼容802.11a 混合模式 当802.11n运行在混合模式（即同时有802.11a/b/g设备在网络中 ）时，会在发送的报文头前添加能够被802.11a或802.11b/g设备 正确解析的前导码。从而保证802.11a/b/g设备能够侦听到 8

28、02.11n信号，并启用冲突避免机制，进而实现802.11n的设备 与802.11a/b/g设备的互通。 第三部分 ieee 802.11n产业现状产业现状 产业现状 wifi芯片 50%以上是11n的产品 手机 据市场调研公司最近研究报告 蜂窝/wi-fi双模手机出货量将远高于3亿部 国内支持wifi的双模手机款式全面放开 资深分析师表示 近几年售出的手机中，基于802.11n协议的手机数量将高于其它协议 笔记本 新款笔记本80%以上为11n产品 产业现状 芯片厂商 2010年后的新芯片全部支持802.11n 11n芯片价格将逐步降低 11g芯片将逐步停产 典型厂家atheros 倡导使用h

29、t20替代802.11a/b/g 产业现状 集团公司产品调研情况 产业现状 集团公司芯片调研情况 第四部分 ieee 802.11n部署策略部署策略 实际部署中的一些问题 40m信道难以蜂窝组网 运营商组网主要为蜂窝组网，需要至少3个不重叠的信道； 在2.4g频段，可以提供3个不重叠的20m信道，只能提供2个不重叠的40m信道； 在5.8g频段，可以提供5个不重叠的20m信道，也只能提供2个不重叠的40m信道； 当前室分系统只支持11空间流 现有室分系统不能支持多空间流，只能支持1个空间流，最大空口速率只能达到 150m 支持多空间流的室分系统，可以在新部署室分系统时综合考虑未来lte的mimo需 求 回传网络的传输带宽 非11n的ap上行带宽需求小，回传网络压力小，末端回传以提供100m接口为主； 11n的ap上行