WiFi關(guān)鍵技術(shù)解析課件

1、內(nèi)容提要45802.11n技術(shù)分析1802.11n產(chǎn)品技術(shù)要求233IEEE 802.11n技術(shù)簡述2003年，2.4GHz802.11g標(biāo)準(zhǔn)正式誕生2009年9月，802.11n標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布，無線正式進(jìn)入百兆時(shí)代2003年，IEEE成立802.11n任務(wù)組 1999年，802.11b、802.11a標(biāo)準(zhǔn)相繼發(fā)布2007年，802.11n draft 2.0草案獲通過, 802.11n進(jìn)入試商用2009年全年，全球Wi-Fi芯片發(fā)貨量達(dá)到5.3億，全球WLAN用戶突破6億2010年6月，蘋果發(fā)布第四代iPhone，率先在移動終端上支持802.11n2010年1月， Android/IPad等平

2、板終端逐漸普及促使無線取代有線接口2010年全年，802.11n芯片的出貨量將超過802.11g芯片的出貨量第一階段第二階段第三階段。WLAN歷史過去未來現(xiàn)在WLAN標(biāo)準(zhǔn)不斷完善，可運(yùn)營可管理性穩(wěn)步增強(qiáng)，802.11n已成主流802.11ac802.11adIEEE推出的第一代WLAN 標(biāo)準(zhǔn) - 2.4G頻段 -傳輸速率1M-11b 2.4G頻段，傳輸速率提高到5.5M和11M -11a 5.8G頻段傳輸速率提高到54M -傳輸速率提高到54M - 2.4G頻段 -兼容11b - 2.4G頻段和5.8G頻段 -傳輸速率提高到300M -兼容11a/11b/11g6G以下頻段和60G頻段傳輸速率

3、不小于1Gbit/s協(xié)議正在制定和完善之中2012年11n到底有多快？普通的11g傳輸文件測試，只能達(dá)到23Mbps左右，而11n能達(dá)到多少呢？150Mbps整整是11g網(wǎng)絡(luò)速率的6倍！802.11n技術(shù)優(yōu)勢高帶寬廣覆蓋易兼容高穩(wěn)定易穿透密接入OFDM+MIMOIEEE802.11n6大特點(diǎn)的解釋普通54M的11G產(chǎn)品，實(shí)際用戶層吞吐率一般在20-25Mbps，而11n的產(chǎn)品，可以實(shí)現(xiàn)300-600M的物理帶寬，數(shù)據(jù)吞吐率至少在百兆以上，和百兆有線的速率相當(dāng)，完全可以滿足一些高帶寬的應(yīng)用需求，比如高清的在線教學(xué)、IPTV等。高帶寬802.11n采用智能天線技術(shù)，通過多組獨(dú)立天線組成的天線陣列，

4、可以動態(tài)調(diào)整波束，保證讓W(xué)LAN用戶接收到穩(wěn)定的信號，并可以減少其它信號的干擾，使覆蓋范圍能達(dá)到11G的6倍以上。廣覆蓋一般情況下，基于11G的設(shè)備可以同時(shí)接入20個(gè)左右的客戶端，而11n的設(shè)備可以讓更的用戶接入，并提供更高的帶寬，更適合于用戶量比較大的密集接入的場景，比如象今天的媒體發(fā)布會之類的場合下的應(yīng)用。密接入由于采用了多路收發(fā)的技術(shù)，將對于11G而言，信號穿透性更好，在空間較為復(fù)雜的環(huán)境中應(yīng)用，更容易消除盲點(diǎn)，從而簡化工程前期的勘測、設(shè)計(jì)工作，減少設(shè)備布放數(shù)量，降低建網(wǎng)成本易穿透在11G模式下，如果有多個(gè)用戶同時(shí)接入網(wǎng)絡(luò)，可能會因?yàn)镼oS得不到良好的保障，影響實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。11n在這方面則

5、有很大的改善，由于采用了MIMO技術(shù)，無線信號是多路收發(fā)，有效地解決了多徑干擾問題，信號穩(wěn)定性及抗干擾能力等方面比11G產(chǎn)品大大提高，可以支持wifi語音等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。高穩(wěn)定802.11n在設(shè)計(jì)之初就保證了后向的兼容性，以前的11a/11b/11G的終端設(shè)備仍可以接入11n的網(wǎng)絡(luò)，充分保護(hù)了用戶已有的投資。易兼容11n技術(shù)一覽OFDMMIMO40MHzShort GI幀聚合塊應(yīng)答802.11n車道寬一倍，車流量就大一倍。2.4GHz下慎用。幀與幀之間的間距更短了。多個(gè)幀并成一個(gè)幀來發(fā)。多個(gè)幀只用一個(gè)應(yīng)答來搞定。11n核心技術(shù)，多天線同時(shí)發(fā)射接收。11g核心技術(shù)，速度達(dá)到54Mbps的原因。11n

6、的核心技術(shù)，MIMO101010101010t普通天線MIMO天線MIMO技術(shù)利用空間的分集，使得每個(gè)碼片在時(shí)域上更加高效。11n信道的選擇，20MHz or 40MHz？2.4122.4172.4222.4322.4422.4522.4622.4722.4842.4272.4372.4472.4572.4672345178910611121314和11g類似，在2.4GHz頻段可以有三個(gè)不重疊的信道，但是對于11n來說，使用20MHz就意味著只能達(dá)到150Mbps的速率。使用20MHz：使用40MHz：和11g的Turbo模式類似，一旦使用40MHz帶寬，在2.4GHz頻段只有一個(gè)信道可用，

7、基本上無法規(guī)模部署，解決方法是使用5GHz頻段，帶寬資源豐富。內(nèi)容提要45802.11n技術(shù)分析1802.11n產(chǎn)品技術(shù)要求233IEEE 802.11n技術(shù)簡述802.11協(xié)議比較標(biāo)準(zhǔn)號IEEE 802.11bIEEE 802.11aIEEE 802.11gIEEE 802.11n標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布時(shí)間1999年9月1999年9月2003年6月2009年9月工作頻率范圍2.42.4835GHz5.1505.350GHz5.4755.725GHz5.7255.850GHz2.42.4835GHz2.42.4835GHz5.1505.850GHz非重疊信道數(shù)324315物理速率（Mbps）11545460

8、0實(shí)際吞吐量（Mbps）62424100以上頻寬20MHz20MHz20MHz20MHz/40MHz調(diào)制方式CCK/DSSSOFDMCCK/DSSS/OFDMMIMO-OFDM/DSSS/CCK兼容性802.11b802.11a802.11b/g802.11a/b/g/n802.11n采用的關(guān)鍵技術(shù)802.11n物理層采用的關(guān)鍵技術(shù)有MIMO、MIMO-OFDM、40MHz信道、Short GI、FEC、MRC等。802.11n MAC層采用的關(guān)鍵技術(shù)有Block確認(rèn)、幀聚合等。802.11n關(guān)鍵技術(shù)MIMO利用多天線傳輸將串行映射為并行各天線獨(dú)立處理自主運(yùn)行各天線用各自的調(diào)制方式發(fā)送電波各天

9、線用各自的解調(diào)方式接收電波802.11n關(guān)鍵技術(shù)MIMON個(gè)子空間流同時(shí)發(fā)送到信道，各發(fā)射信號占用同一頻帶不增加帶寬各發(fā)射接收天線間的通道獨(dú)立相應(yīng)多入多出系統(tǒng)可以創(chuàng)造多個(gè)并行空間信道通過并行空間信道獨(dú)立傳輸信息速率提高最多可分割4個(gè)空間流支持天線數(shù)量為44空間流越多，功耗越大802.11n協(xié)議包含MIMO省電模式需要更高性能時(shí)才使用多路徑，以降低功耗802.11n關(guān)鍵技術(shù)OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)802.11n關(guān)鍵技術(shù)MIMO-OFDM802.11n關(guān)鍵技術(shù)FEC（Forward Error Correction）FEC (Forward Error Correction)按照無線通信的基本

10、原理，為了使信息適合在無線信道這樣不可靠的媒介中傳遞，發(fā)射端將把信息進(jìn)行編碼并攜帶冗余信息，以提高系統(tǒng)的糾錯(cuò)能力，使接收端能夠恢復(fù)原始信息。802.11n所采用的QAM-64的編碼機(jī)制可以將編碼率(有效信息和整個(gè)編碼的比率)從3/4 提高到5/6。所以，對于一條空間流，在MIMO-OFDM基礎(chǔ)之上，物理速率從58.5提高到了65Mbps(即58.5乘5/6除以3/4)。802.11n關(guān)鍵技術(shù)Short GIShort Guard Interval (GI)由于多徑效應(yīng)的影響，信息符號(Information Symbol)將通過多條路徑傳遞，可能會發(fā)生彼此碰撞，導(dǎo)致ISI干擾。為此，802.1

11、1a/g標(biāo)準(zhǔn)要求在發(fā)送信息符號時(shí)，必須保證在信息符號之間存在800 ns的時(shí)間間隔，這個(gè)間隔被稱為Guard Interval (GI)。802.11n仍然使用缺省使用800 ns GI。當(dāng)多徑效應(yīng)不是很嚴(yán)重時(shí)，用戶可以將該間隔配置為400，對于一條空間流，可以將吞吐提高近10%，即從65Mbps提高到72.2 Mbps。對于多徑效應(yīng)較明顯的環(huán)境，不建議使用Short Guard Interval (GI)。802.11n關(guān)鍵技術(shù)40MHz綁定技術(shù)40MHz綁定技術(shù)對于無線技術(shù)，提高所用頻譜的寬度，可以最為直接地提高吞吐。就好比是馬路變寬了，車輛的通行能力自然提高。傳統(tǒng)802.11a/g使用的

12、頻寬是20MHz，而802.11n支持將相鄰兩個(gè)頻寬綁定為40MHz來使用，所以可以最直接地提高吞吐。需要注意的是：對于一條空間流，并不是僅僅將吞吐從72.2 Mbps提高到144.4(即72.22 )Mbps。對于20MHz頻寬，為了減少相鄰信道的干擾，在其兩側(cè)預(yù)留了一小部分的帶寬邊界。而通過40MHz綁定技術(shù)，這些預(yù)留的帶寬也可以用來通訊，可以將子載體從104(522)提高到108。按照72.2*2*108/104進(jìn)行計(jì)算，所得到的吞吐能力達(dá)到了150Mbps。802.11n關(guān)鍵技術(shù)幀聚合（Frame Aggregation）幀聚合技術(shù)包含針對MSDU的聚合(A-MSDU)和針對MPDU的

13、聚合(A-MPDU)：A-MSDU技術(shù)是指把多個(gè)MSDU通過一定的方式聚合成一個(gè)較大的載荷。這里的MSDU可以認(rèn)為是Ethernet報(bào)文。通常，當(dāng)AP或無線客戶端從協(xié)議棧收到報(bào)文(MSDU)時(shí)，會打上Ethernet報(bào)文頭，我們稱之為A-MSDU Subframe;而在通過射頻口發(fā)送出去前，需要一一將其轉(zhuǎn)換成802.11報(bào)文格式。而A-MDSU技術(shù)旨在將若干個(gè)A-MSDU Subframe聚合到一起，并封裝為一個(gè)802.11報(bào)文進(jìn)行發(fā)送。從而減少了發(fā)送每一個(gè)802.11報(bào)文所需的PLCP Preamble，PLCP Header和802.11MAC頭的開銷，同時(shí)減少了應(yīng)答幀的數(shù)量，提高了報(bào)文發(fā)

14、送的效率。802.11n關(guān)鍵技術(shù)幀聚合（Frame Aggregation）A-MPDU：與A-MSDU不同的是，A-MPDU聚合的是經(jīng)過802.11報(bào)文封裝后的MPDU，這里的MPDU是指經(jīng)過802.11封裝過的數(shù)據(jù)幀。通過一次性發(fā)送若干個(gè)MPDU，減少了發(fā)送每個(gè)802.11報(bào)文所需的PLCP Preamble，PLCP Header，從而提高系統(tǒng)吞吐量。802.11n關(guān)鍵技術(shù)塊確認(rèn)（Block ACK）Block ACK為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕?02.11協(xié)議規(guī)定每收到一個(gè)單播數(shù)據(jù)幀，都必須立即回應(yīng)以ACK幀。A-MPDU的接收端在收到A-MPDU后，需要對其中的每一個(gè)MPDU進(jìn)行處理，因

15、此同樣針對每一個(gè)MPDU發(fā)送應(yīng)答幀。Block Acknowledgement通過使用一個(gè)ACK幀來完成對多個(gè)MPDU的應(yīng)答，以降低這種情況下的ACK幀的數(shù)量。802.11n速率計(jì)算方法802.11n采用MIMO多天線技術(shù)，當(dāng)存在一根天線(1X1)，在每種帶寬下它存在8種速率(記為MCS0-MCS7，MCS：Modulation and coding scheme);當(dāng)存在兩根天線(2X2)，在每種帶寬下它存在16種速率(記為MCS0-MCS15)；當(dāng)存在三根天線(3X3)，在每種帶寬下它存在24種速率(記為MCS0-MCS23);當(dāng)存在四根天線(4X4)，在每種帶寬下它存在32種速率(記為M

16、CS0-MCS31)。802.11n采用多種調(diào)制技術(shù)，但是每一列速率對應(yīng)的碼率(即有效數(shù)據(jù)和發(fā)出的數(shù)據(jù)的比率)是不一樣的，例如在MCS7和MCS15時(shí)，碼率是5/6，而在MCS6和MCS14時(shí)，碼率是3/4。802.11n采用和11a/g一樣的OFDM調(diào)制方式，OFDM是將一個(gè)寬的帶寬正交地分割成幾個(gè)小的子載波，這些子載波并行地傳輸數(shù)據(jù)。對于20MHz時(shí)，其子載波的數(shù)目為56個(gè)，其中52個(gè)用于傳輸數(shù)據(jù)，另外4個(gè)稱之為pilot carries，用于輔助傳輸；當(dāng)40MHz時(shí)，子載波數(shù)目為114個(gè)，其中108個(gè)用于傳輸數(shù)據(jù)，其余為pilot carries。802.11n支持400us的Short

17、 GI。原11a/g 的Short GI 時(shí)長800us，短間隔Short GI 時(shí)長為400us無線信號在空間傳輸會因多徑等因素在接收側(cè)形成時(shí)延，如果后面的數(shù)據(jù)塊發(fā)送的過快，會和前一個(gè)數(shù)據(jù)塊的形成干擾，GI 可以用來規(guī)避這個(gè)干擾。在使用Short GI 的情況下，可提高10%的速率。802.11n速率=有效載波數(shù)編碼率子載波傳輸數(shù)位空間流數(shù)GI802.11n速率表MCS空間流數(shù)調(diào)制方式碼率帶寬（20MHz）帶寬（40MHz）GI=800nsGI=400nsGI=800nsGI=400ns01BPSK1/26.57.213.51511QPSK1/21314.4273021QPSK3/419.5

18、21.740.5453116-QAM1/22628.954604116-QAM3/43943.381905164-QAM2/35257.81081206164-QAM3/458.565121.51357164-QAM5/66572.213515082BPSK1/21314.4273092QPSK1/22628.95460102QPSK3/43943.3819011216-QAM1/25257.810812012216-QAM3/47886.716218013264-QAM2/3104115.621624014264-QAM3/411713024327015264-QAM5/6130144.427030023364-QAM5/6195216.740545031464-QAM5/6260288.9540600802.11n技術(shù)要求EVM 要求調(diào)制方式碼率Relative Constellation Error(dB)BPSK1/2-5QPSK1/2-10QPSK3/4-1316-QAM1/2-1616-QAM3/4