WiFi关键技术

1、内容提要内容提要45802.11n技术分析1802.11n产品技术要求23 3IEEE 802.11n技术简述WLAN历史-IEEE推出的第一代WLAN 标准 - 2.4G频段 -传输速率1M-11b 2.4G频段，传输速率提高到5.5M和11M -11a 5.8G频段传输速率提高到54M -传输速率提高到54M - 2.4G频段 -兼容11b - 2.4G频段和5.8G频段 -传输速率提高到300M -兼容11a/11b/11g6G以下频段和60G频段传输速率不小于1Gbit/s协议正在制定和完善之中2012年11n到底有多快？普通的11g传输文件测试，只能达到23Mbps左右，而11n能达

2、到多少呢？150Mbps整整是11g网络速率的6倍！802.11n技术优势高带宽高带宽广覆盖广覆盖易兼容易兼容高稳定高稳定易穿透易穿透密接入密接入OFDM+MIMOIEEE802.11n6大特点的解释普通54M的11G产品，实际用户层吞吐率一般在20-25Mbps，而11n的产品，可以实现300-600M的物理带宽，数据吞吐率至少在百兆以上，和百兆有线的速率相当，完全可以满足一些高带宽的应用需求，比如高清的在线教学、IPTV等。高带宽802.11n采用智能天线技术，通过多组独立天线组成的天线阵列，可以动态调整波束，保证让WLAN用户接收到稳定的信号，并可以减少其它信号的干扰，使覆盖范围能达到1

3、1G的6倍以上。广覆盖一般情况下，基于11G的设备可以同时接入20个左右的客户端，而11n的设备可以让更的用户接入，并提供更高的带宽，更适合于用户量比较大的密集接入的场景，比如象今天的媒体发布会之类的场合下的应用。密接入由于采用了多路收发的技术，将对于11G而言，信号穿透性更好，在空间较为复杂的环境中应用，更容易消除盲点，从而简化工程前期的勘测、设计工作，减少设备布放数量，降低建网成本易穿透在11G模式下，如果有多个用户同时接入网络，可能会因为QoS得不到良好的保障，影响实时业务。11n在这方面则有很大的改善，由于采用了MIMO技术，无线信号是多路收发，有效地解决了多径干扰问题，信号稳定性及抗

4、干扰能力等方面比11G产品大大提高，可以支持wifi语音等实时业务。高稳定802.11n在设计之初就保证了后向的兼容性，以前的11a/11b/11G的终端设备仍可以接入11n的网络，充分保护了用户已有的投资。易兼容11n技术一览OFDMMIMO40MHzShort GI帧聚合块应答802.11n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。11n的核心技术，MIMO101010101010t普通天线MIMO天线MIMO技术利用空间的分集，使得

5、每个码片在时域上更加高效。11n信道的选择，信道的选择，20MHz or 40MHz？2.4122.4172.422 2.432 2.442 2.452 2.462 2.4722.4842.427 2.437 2.447 2.457 2.4672345178910611121314和11g类似，在2.4GHz频段可以有三个不重叠的信道，但是对于11n来说，使用20MHz就意味着只能达到150Mbps的速率。使用使用20MHz20MHz：使用使用40MHz40MHz：和11g的Turbo模式类似，一旦使用40MHz带宽，在2.4GHz频段只有一个信道可用，基本上无法规模部署，解决方法是使用5GH

6、z频段，带宽资源丰富。内容提要内容提要45802.11n技术分析1802.11n产品技术要求23 3IEEE 802.11n技术简述802.11协议比较协议比较标准号标准号IEEE 802.11b IEEE 802.11aIEEE 802.11gIEEE 802.11n标准发布时间标准发布时间1999年9月1999年9月2003年6月2009年9月工作频率范围工作频率范围2.42.4835GHz5.1505.350GHz5.4755.725GHz5.7255.850GHz2.42.4835GHz2.42.4835GHz5.1505.850GHz非重叠信道数非重叠信道数324315物理速率（物理

7、速率（Mbps）115454600实际吞吐量实际吞吐量（Mbps）62424100以上频宽频宽20MHz20MHz20MHz20MHz/40MHz调制方式调制方式CCK/DSSSOFDMCCK/DSSS/OFDMMIMO-OFDM/DSSS/CCK兼容性兼容性802.11b802.11a802.11b/g802.11a/b/g/n802.11n采用的关键技术采用的关键技术l802.11n物理层采用的关键技术有MIMO、MIMO-OFDM、40MHz信道、Short GI、FEC、MRC等。l802.11n MAC层采用的关键技术有Block确认、帧聚合等。802.11n关键技术关键技术MIMO

8、利用多天线传输将串行映射为并行各天线独立处理自主运行各天线用各自的调制方式发送电波各天线用各自的解调方式接收电波802.11n关键技术关键技术MIMON个子空间流同时发送到信道，各发射信号占用同一频带不增加带宽各发射接收天线间的通道独立相应多入多出系统可以创造多个并行空间信道通过并行空间信道独立传输信息速率提高n最多可分割最多可分割4个空间流个空间流n支持天线数量为支持天线数量为44n空间流越多，功耗越大空间流越多，功耗越大n802.11n协议包含协议包含MIMO省电模式省电模式n需要更高性能时才使用多路径，需要更高性能时才使用多路径，以降低功耗以降低功耗802.11n关键技术关键技术OFDM

9、（正交频分复用）技术（正交频分复用）技术802.11n关键技术关键技术MIMO-OFDM802.11n关键技术关键技术FEC（Forward Error Correction）lFEC (Forward Error Correction)l按照无线通信的基本原理，为了使信息适合在无线信道这样不可靠的媒介中传递，发射端将把信息进行编码并携带冗余信息，以提高系统的纠错能力，使接收端能够恢复原始信息。802.11n所采用的QAM-64的编码机制可以将编码率(有效信息和整个编码的比率)从3/4 提高到5/6。所以，对于一条空间流，在MIMO-OFDM基础之上，物理速率从58.5提高到了65Mbps(即

10、58.5乘5/6除以3/4)。802.11n关键技术关键技术Short GIlShort Guard Interval (GI)l由于多径效应的影响，信息符号(Information Symbol)将通过多条路径传递，可能会发生彼此碰撞，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)。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400，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

11、径效应较明显的环境，不建议使用Short Guard Interval (GI)。802.11n关键技术关键技术40MHz绑定技术绑定技术l40MHz绑定技术l对于无线技术，提高所用频谱的宽度，可以最为直接地提高吞吐。就好比是马路变宽了，车辆的通行能力自然提高。传统802.11a/g使用的频宽是20MHz，而802.11n支持将相邻两个频宽绑定为40MHz来使用，所以可以最直接地提高吞吐。需要注意的是：对于一条空间流，并不是仅仅将吞吐从72.2 Mbps提高到144.4(即72.22 )Mbps。对于20MHz频宽，为了减少相邻信道的干扰，在其两侧预留了一小部分的带宽边界。而通过40MHz绑定

12、技术，这些预留的带宽也可以用来通讯，可以将子载体从104(522)提高到108。按照72.2*2*108/104进行计算，所得到的吞吐能力达到了150Mbps。802.11n关键技术关键技术帧聚合（帧聚合（Frame Aggregation）l帧聚合技术包含针对MSDU的聚合(A-MSDU)和针对MPDU的聚合(A-MPDU)：lA-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

13、，需要一一将其转换成802.11报文格式。而A-MDSU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。802.11n关键技术关键技术帧聚合（帧聚合（Frame Aggregation）lA-MPDU：与A-MSDU不同的是，A-MPDU聚合的是经过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

14、.11报文所需的PLCP Preamble，PLCP Header，从而提高系统吞吐量。802.11n关键技术关键技术块确认（块确认（Block ACK）lBlock ACKl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帧来完成对多个MPDU的应答，以降低这种情况下的ACK帧的数量。802.11n速率计算方法速率计算方法l802.11n采用MIMO多天线技术，当存在一根天线

15、(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)。l802.11n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。l802.11n采用和11a

16、/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。l802.11n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。

17、在使用Short GI 的情况下，可提高10%的速率。l802.11n速率速率=有效载波数有效载波数编码率编码率子载波传输数位子载波传输数位空间流数空间流数GI802.11n速率表速率表MCSMCS空间流数空间流数调制方式调制方式码率码率带宽（带宽（20MHz20MHz）带宽（带宽（40MHz40MHz）GI=800nsGI=800nsGI=400nsGI=400nsGI=800nsGI=800nsGI=400nsGI=400ns0 01 1BPSKBPSK1/21/26.56.57.27.213.513.515151 11 1QPSKQPSK1/21/2131314.414.42727303

18、02 21 1QPSKQPSK3/43/419.519.521.721.740.540.545453 31 116-QAM16-QAM1/21/2262628.928.9545460604 41 116-QAM16-QAM3/43/4393943.343.3818190905 51 164-QAM64-QAM2/32/3525257.857.81081081201206 61 164-QAM64-QAM3/43/458.558.56565121.5121.51351357 71 164-QAM64-QAM5/65/6656572.272.21351351501508 82 2BPSKBPSK1

19、/21/2131314.414.4272730309 92 2QPSKQPSK1/21/2262628.928.95454606010102 2QPSKQPSK3/43/4393943.343.38181909011112 216-QAM16-QAM1/21/2525257.857.810810812012012122 216-QAM16-QAM3/43/4787886.786.716216218018013132 264-QAM64-QAM2/32/3104104115.6115.621621624024014142 264-QAM64-QAM3/43/411711713013024324327027015152 264-QAM64-QAM5/65/6130130144.4144.427027030030023233 364-QAM64-QAM5/65/6195195216.7216.740540545045031314 464-QAM64-QAM5/65/6260260288.9288.9540540600600802.11n技术要求技术要求EVM 要求要求调制方式调制方式 码率码率Relative Constellation Error(dB)Relative Constellation Error(dB)BPSKBPSK1