技術小白必讀：802.11n都有哪些技術關鍵點必須關注

　　802.11n標準具有高達600Mbps的速率，是新一代的無線網(wǎng)絡技術，可提供支持對帶寬最為敏感應用所需的速率、范圍和可靠性。802.11n結合了多種技術，其中包括Spatial Multiplexing MIMO (Multi-In， Multi-Out)(空間多路復用多入多出)、多發(fā)多收天線(MTMRA)技術、20MHz和40MHz信道和雙頻帶(2.4 GHz和5 GHz)技術，以形成很高的速率。802.11n工作模式包含2.4GHz和5.8GHz兩個工作頻段，保障了與以往的802.11a/b/g標準兼容，極大的保護了用戶的投資。

　　一、802.11n的技術核心

　　802.11n專注于高吞吐量的研究，實現(xiàn)將WLAN的傳輸速率從802.11a和802.11g的54Mbps增加至108Mbps以上，最高速率可達300Mbps甚至600Mbps.

　　這樣高的速率當然要有技術支撐，而OFDM技術、MIMO(多入多出)技術等正是關鍵。

　　OFDM技術是MCM(Multi-Carrier Modulation，多載波調制)的一種，曾經(jīng)在802.11g標準中采用。其核心思想是將信道分成許多進行窄帶調制和傳輸正交子信道，并使每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關帶寬，用以減少各個載波之間的相互干擾，同時提高頻譜的利用率的技術。OFDM還通過使用不同數(shù)量的子信道來實現(xiàn)上行和下行的非對稱性傳輸。不過OFDM技術易受頻率偏差的影響，存在較高的峰值平均功率比(PAR)，不過可以通過時空編碼、分集、干擾抑制以及智能天線技術，最大程度地提高物理層的可靠性。

　　MIMO(多入多出)技術是無線通信領域智能天線技術的重大突破，能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率。

　　MIMO系統(tǒng)在發(fā)射端和接收端均采用多天線(或陣列天線)和多通道。傳輸信息流S(k)經(jīng)過空時編碼形成N個信息子流Ci(k)，i=1，……，N.這N個子流由N個天線發(fā)射出去，經(jīng)空間信道后由M個接收天線接收。多天線接收機利用先進的空時編碼處理能夠分開并解碼這些數(shù)據(jù)子流，MIMO系統(tǒng)可以創(chuàng)造多個并行空間信道，解決了帶寬共享的問題。802.11n天線數(shù)量可以支持到3*3，比802.11g增加了3倍。

　　將MIMO與OFDM技術相結合，就產(chǎn)生了MIMO OFDM技術，它通過在OFDM傳輸系統(tǒng)中采用陣列天線實現(xiàn)空間分集，提高了信號質量，并增加了多徑的容限，使無線網(wǎng)絡的有效傳輸速率有質的提升。

　　而為了提升整個網(wǎng)絡的吞吐量，802.11n還對802.11標準的單一MAC層協(xié)議進行了優(yōu)化，改變了數(shù)據(jù)幀結構，增加了凈負載所占的比重，減少管理檢錯所占的字節(jié)數(shù)大大提升了網(wǎng)絡的吞吐量。在天線上，智能天線技術的應用也解決了802.11n的傳輸覆蓋范圍問題。通過多組獨立天線組成的天線陣列系統(tǒng)，動態(tài)地調整波束的方向，802.11n保證讓用戶接收到穩(wěn)定的信號，并減少其它噪音信號的干擾，使無線網(wǎng)絡的傳輸距離能夠增加到幾公里，移動性大大增強。

　　二、802.11n技術關鍵點

　　1、關鍵點：信道綁定

　　示意圖：

　　傳統(tǒng)的802.11標準，空口都工作在20MHz頻寬，802.11n技術通過將相鄰的兩個20MHz信道綁定成40MHz，使傳輸速率成倍提高。在實際工作中，將兩個相鄰的20MHz信道綁定使用，一個為主帶寬，一個為次帶寬，收發(fā)數(shù)據(jù)時既可以40MHz的帶寬工作，也可以單個20MHz帶寬工作。同時為避免相互干擾，原本每20MHz信道之間都會預留一小部分的帶寬，當采用信道綁定技術工作在40MHz帶寬時，這一部分預留的帶寬也可以被用來通信，進一步提高了吞吐量。

　　需要注意的是：在2.4GHz資源有限(信道帶寬少)，干擾又多(使用802.11b/g的客戶端又多)，所以在2.4GHz建議不使用40MHz模式，在5 GHz使用40MHz模式是比較合理的選擇。

　　2、關鍵點：MIMO

　　2.1 Beamforming技術

　　以Transmit beamforming為例，該技術應用在接收端只有一個天線，且沒有障礙物的環(huán)境。如果不采用Beamforming技術，接收端接收到的相位可能發(fā)生異相。

　　Transmit Beanforming(Destructive Interference)

　　采用了Beamforming技術后，接收端能收到正相相位，使信號最大，如下圖所示，并達到在接收端提高SNR的目的。

　　Transmit Beanforming(Constructive Interference)

　　但Transmit beamforming只能用于只有一個接收端的情況下，應用受局限。

　　2.2 Spatial Diversity

　　在室內，障礙物較多，信號不可能總是以直線最短距離傳輸?shù)浇邮斩耍藭r就會產(chǎn)生Multipath(多徑干擾)。多徑干擾就是由于傳輸行走不同路徑造成遲延結果，它會損害信號發(fā)送，并在RF覆蓋范圍內產(chǎn)生gaps或holes，像湖面、帶有金屬質地的門/百葉窗等都會引起嚴重的多徑干擾。

　　對MIMO系統(tǒng)來說，多徑效應卻可以作為一個有利因素加以利用。

　　MIMO系統(tǒng)在發(fā)射端和接收端均采用多天線(或陣列天線)和多通道(如圖紅色圈圈所示發(fā)送端和接收端都可以有多個天線)，傳輸信息流S(k)經(jīng)過空時編碼形成N個信息子流Ci(k)，i=1，……，N，這N個子流由N個天線發(fā)射出去，經(jīng)空間信道后由M個接收天線接收。多天線接收機利用先進的空時編碼處理能夠分開并解碼這些數(shù)據(jù)子流，從而實現(xiàn)最佳的處理。

　　可以使用接收和發(fā)送的數(shù)量來定義MIMO，比如：2×1：表示兩個發(fā)送和一個接收，效果等同于Transmit beamforming，如下圖所示。從2×1到2×2到3×2，SNR逐漸增大，3×3能使SNR達到最大。

　　3、關鍵點：MAC enhancement(A-MSDU A-MPDU)

　　802.11MAC層協(xié)議耗費了相當?shù)男视米麈溌返木S護，如在數(shù)據(jù)之前添加PLCP Preamble、PLCP Header、MAC頭，同時為解決沖突而引入的退避機制都大大降低了系統(tǒng)的吞吐量。802.11n引入幀聚合技術，提高了MAC層效率。報文聚合技術包括針對MSDU的聚合和MPDU的聚合。采用A-MPDU技術，多個MPDU聚合到一起，只用搶占一次信道，減少了因競爭信道而產(chǎn)生沖突的概率，提高了信道利用率。A-MSDU，是具有相同的DA和SA的MSDU報文聚合成一個較大的載荷，減少物理和MAC層的開銷，提高鏈路效率。

　　A-MSDU

　　和A-MPDU兩種聚合的共同點：減少負荷，且只能聚合同一QoS級別的幀，但因為要等待需要聚合的報文，可能造成延時。另外，只有A-MPDU才使用Block Acknowledgement.

　　4、關鍵點：Short GI

　　射頻芯片在使用OFDM調制方式發(fā)送數(shù)據(jù)時，整個幀是被劃分成不同的數(shù)據(jù)塊進行發(fā)送的，為了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，?shù)據(jù)塊之間會有GI(Guard Interval)，用以保證接收側能夠正確的解析出各個數(shù)據(jù)塊。802.11a/g采用的800ns的GI，在802.11n模式中，提供了一種Short GI特性。將GI時長減少至400ns，從而可以提高數(shù)據(jù)傳輸速率百分之十左右。

　　如圖所示，在多徑環(huán)境中，前一個數(shù)據(jù)塊還沒有發(fā)送完成，后一個數(shù)據(jù)塊可能通過不同的路徑先到達，合理的GI長度能夠避免相互干擾。如果GI時長不合理，會降低鏈路的有效SNR.

　　使用場景：Short GI使用于多徑情況較少、射頻環(huán)境較好的應用場景。在多徑效應影響較大的時候，應該關閉Short GI功能。

　　5、關鍵點：Block Acknowledgement

　　為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕?02.11協(xié)議規(guī)定每收到一個單播數(shù)據(jù)幀，都必須立即回應ACK幀。A-MPDU的接收端在收到A-MPDU后，需要對其中的每一個MPDU進行處理，因此同樣需要對每一個MPDU發(fā)送應答幀。Block Acknowledgement機制通過使用一個ACK幀來完成對多個MPDU的應答，以降低這種情況下的ACK幀的數(shù)量。

　　6、關鍵點：Power Savings

　　在使用802.11n服務時，由于使用了多個天線，電源容量問題則顯得尤為突出。因此802.11n協(xié)議在節(jié)省電源處理上做了改進，采用了Spatial

　　Multiplexing(SM)Power Save技術，其主要處理在于使得STA只有一個天線處于工作狀態(tài)，其余天線均處于休眠狀態(tài)，從而達到節(jié)省電源的目的。SM Power Save定義了兩種電源管理方式：靜態(tài)SM Power Save和動態(tài)SM Power Save.

　　靜態(tài)SM Power Save

　　當無線用戶處于靜態(tài)模式時，只有一個天線保持在工作狀態(tài)，其余天線都處于睡眠狀態(tài)，相當于一個普通的802.11a或802.11b/g的用戶，通過這種方式，可以延長電源的供電時間。在進入睡眠狀態(tài)時，無線用戶會通知上行AP它已處于靜態(tài)模式，要求AP針對此用戶也同時單入單出(SISO)的方式進行數(shù)據(jù)傳輸。同理，在無線用戶恢復正常工作狀態(tài)時，也會通知AP切換到MIMO方式進行數(shù)據(jù)傳輸。

　　動態(tài)SM Power Save

　　動態(tài)模式也只保留一個天線在工作狀態(tài)，但是當無線用戶收到數(shù)據(jù)報文時，它可以使其他天線迅速進入工作狀態(tài)。報文處理完后，它又可以將其余的天線恢復到睡眠狀態(tài)。這套通知機制是通過RTS、CTS實現(xiàn)的。AP將通過RTS來喚醒無線用戶，而無線用戶則通過回應CTS報文來通知AP已經(jīng)成功恢復天線到工作狀態(tài)。