技術(shù)小白必讀：802.11n都有哪些技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)必須關(guān)注

　　802.11n標(biāo)準(zhǔn)具有高達(dá)600Mbps的速率，是新一代的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可提供支持對(duì)帶寬最為敏感應(yīng)用所需的速率、范圍和可靠性。802.11n結(jié)合了多種技術(shù)，其中包括Spatial Multiplexing MIMO （Multi-In， Multi-Out）（空間多路復(fù)用多入多出）、多發(fā)多收天線(xiàn)（MTMRA）技術(shù)、20MHz和40MHz信道和雙頻帶（2.4 GHz和5 GHz）技術(shù)，以形成很高的速率。802.11n工作模式包含2.4GHz和5.8GHz兩個(gè)工作頻段，保障了與以往的802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)兼容，極大的保護(hù)了用戶(hù)的投資。

　　一、802.11n的技術(shù)核心

　　802.11n專(zhuān)注于高吞吐量的研究，實(shí)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(dá)300Mbps甚至600Mbps.

　　這樣高的速率當(dāng)然要有技術(shù)支撐，而OFDM技術(shù)、MIMO（多入多出）技術(shù)等正是關(guān)鍵。

　　OFDM技術(shù)是MCM（Multi-Carrier Modulation，多載波調(diào)制）的一種，曾經(jīng)在802.11g標(biāo)準(zhǔn)中采用。其核心思想是將信道分成許多進(jìn)行窄帶調(diào)制和傳輸正交子信道，并使每個(gè)子信道上的信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，用以減少各個(gè)載波之間的相互干擾，同時(shí)提高頻譜的利用率的技術(shù)。OFDM還通過(guò)使用不同數(shù)量的子信道來(lái)實(shí)現(xiàn)上行和下行的非對(duì)稱(chēng)性傳輸。不過(guò)OFDM技術(shù)易受頻率偏差的影響，存在較高的峰值平均功率比（PAR），不過(guò)可以通過(guò)時(shí)空編碼、分集、干擾抑制以及智能天線(xiàn)技術(shù)，最大程度地提高物理層的可靠性。

　　MIMO（多入多出）技術(shù)是無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域智能天線(xiàn)技術(shù)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(xiàn)（或陣列天線(xiàn)）和多通道。傳輸信息流S（k）經(jīng)過(guò)空時(shí)編碼形成N個(gè)信息子流Ci（k），i=1，……，N.這N個(gè)子流由N個(gè)天線(xiàn)發(fā)射出去，經(jīng)空間信道后由M個(gè)接收天線(xiàn)接收。多天線(xiàn)接收機(jī)利用先進(jìn)的空時(shí)編碼處理能夠分開(kāi)并解碼這些數(shù)據(jù)子流，MIMO系統(tǒng)可以創(chuàng)造多個(gè)并行空間信道，解決了帶寬共享的問(wèn)題。802.11n天線(xiàn)數(shù)量可以支持到3*3，比802.11g增加了3倍。

　　將MIMO與OFDM技術(shù)相結(jié)合，就產(chǎn)生了MIMO OFDM技術(shù)，它通過(guò)在OFDM傳輸系統(tǒng)中采用陣列天線(xiàn)實(shí)現(xiàn)空間分集，提高了信號(hào)質(zhì)量，并增加了多徑的容限，使無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的有效傳輸速率有質(zhì)的提升。

　　而為了提升整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，802.11n還對(duì)802.11標(biāo)準(zhǔn)的單一MAC層協(xié)議進(jìn)行了優(yōu)化，改變了數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，增加了凈負(fù)載所占的比重，減少管理檢錯(cuò)所占的字節(jié)數(shù)大大提升了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。在天線(xiàn)上，智能天線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用也解決了802.11n的傳輸覆蓋范圍問(wèn)題。通過(guò)多組獨(dú)立天線(xiàn)組成的天線(xiàn)陣列系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)地調(diào)整波束的方向，802.11n保證讓用戶(hù)接收到穩(wěn)定的信號(hào)，并減少其它噪音信號(hào)的干擾，使無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離能夠增加到幾公里，移動(dòng)性大大增強(qiáng)。

　　二、802.11n技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

　　1、關(guān)鍵點(diǎn)：信道綁定

　　示意圖：

　　傳統(tǒng)的802.11標(biāo)準(zhǔn)，空口都工作在20MHz頻寬，802.11n技術(shù)通過(guò)將相鄰的兩個(gè)20MHz信道綁定成40MHz，使傳輸速率成倍提高。在實(shí)際工作中，將兩個(gè)相鄰的20MHz信道綁定使用，一個(gè)為主帶寬，一個(gè)為次帶寬，收發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)既可以40MHz的帶寬工作，也可以單個(gè)20MHz帶寬工作。同時(shí)為避免相互干擾，原本每20MHz信道之間都會(huì)預(yù)留一小部分的帶寬，當(dāng)采用信道綁定技術(shù)工作在40MHz帶寬時(shí)，這一部分預(yù)留的帶寬也可以被用來(lái)通信，進(jìn)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(hù)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(guān)鍵點(diǎn)：MIMO

　　2.1 Beamforming技術(shù)

　　以Transmit beamforming為例，該技術(shù)應(yīng)用在接收端只有一個(gè)天線(xiàn)，且沒(méi)有障礙物的環(huán)境。如果不采用Beamforming技術(shù)，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(shù)后，接收端能收到正相相位，使信號(hào)最大，如下圖所示，并達(dá)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(gè)接收端的情況下，應(yīng)用受局限。

　　2.2 Spatial Diversity

　　在室內(nèi)，障礙物較多，信號(hào)不可能總是以直線(xiàn)最短距離傳輸?shù)浇邮斩?，此時(shí)就會(huì)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(jié)果，它會(huì)損害信號(hào)發(fā)送，并在RF覆蓋范圍內(nèi)產(chǎn)生gaps或holes，像湖面、帶有金屬質(zhì)地的門(mén)/百葉窗等都會(huì)引起嚴(yán)重的多徑干擾。

　　對(duì)MIMO系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，多徑效應(yīng)卻可以作為一個(gè)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(xiàn)（或陣列天線(xiàn)）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(gè)天線(xiàn)），傳輸信息流S（k）經(jīng)過(guò)空時(shí)編碼形成N個(gè)信息子流Ci（k），i=1，……，N，這N個(gè)子流由N個(gè)天線(xiàn)發(fā)射出去，經(jīng)空間信道后由M個(gè)接收天線(xiàn)接收。多天線(xiàn)接收機(jī)利用先進(jìn)的空時(shí)編碼處理能夠分開(kāi)并解碼這些數(shù)據(jù)子流，從而實(shí)現(xiàn)最佳的處理。

　　可以使用接收和發(fā)送的數(shù)量來(lái)定義MIMO，比如：2×1：表示兩個(gè)發(fā)送和一個(gè)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(dá)到最大。

　　3、關(guān)鍵點(diǎn)：MAC enhancement（A-MSDU A-MPDU）

　　802.11MAC層協(xié)議耗費(fèi)了相當(dāng)?shù)男视米麈溌返木S護(hù)，如在數(shù)據(jù)之前添加PLCP Preamble、PLCP Header、MAC頭，同時(shí)為解決沖突而引入的退避機(jī)制都大大降低了系統(tǒng)的吞吐量。802.11n引入幀聚合技術(shù)，提高了MAC層效率。報(bào)文聚合技術(shù)包括針對(duì)MSDU的聚合和MPDU的聚合。采用A-MPDU技術(shù)，多個(gè)MPDU聚合到一起，只用搶占一次信道，減少了因競(jìng)爭(zhēng)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(bào)文聚合成一個(gè)較大的載荷，減少物理和MAC層的開(kāi)銷(xiāo)，提高鏈路效率。

　　A-MSDU

　　和A-MPDU兩種聚合的共同點(diǎn)：減少負(fù)荷，且只能聚合同一QoS級(jí)別的幀，但因?yàn)橐却枰酆系膱?bào)文，可能造成延時(shí)。另外，只有A-MPDU才使用Block Acknowledgement.

　　4、關(guān)鍵點(diǎn)：Short GI

　　射頻芯片在使用OFDM調(diào)制方式發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，整個(gè)幀是被劃分成不同的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行發(fā)送的，為了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，?shù)據(jù)塊之間會(huì)有GI（Guard Interval），用以保證接收側(cè)能夠正確的解析出各個(gè)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(shí)長(zhǎng)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(gè)數(shù)據(jù)塊還沒(méi)有發(fā)送完成，后一個(gè)數(shù)據(jù)塊可能通過(guò)不同的路徑先到達(dá)，合理的GI長(zhǎng)度能夠避免相互干擾。如果GI時(shí)長(zhǎng)不合理，會(huì)降低鏈路的有效SNR.

　　使用場(chǎng)景：Short GI使用于多徑情況較少、射頻環(huán)境較好的應(yīng)用場(chǎng)景。在多徑效應(yīng)影響較大的時(shí)候，應(yīng)該關(guān)閉Short GI功能。

　　5、關(guān)鍵點(diǎn)：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(gè)單播數(shù)據(jù)幀，都必須立即回應(yīng)ACK幀。A-MPDU的接收端在收到A-MPDU后，需要對(duì)其中的每一個(gè)MPDU進(jìn)行處理，因此同樣需要對(duì)每一個(gè)MPDU發(fā)送應(yīng)答幀。Block Acknowledgement機(jī)制通過(guò)使用一個(gè)ACK幀來(lái)完成對(duì)多個(gè)MPDU的應(yīng)答，以降低這種情況下的ACK幀的數(shù)量。

　　6、關(guān)鍵點(diǎn)：Power Savings

　　在使用802.11n服務(wù)時(shí)，由于使用了多個(gè)天線(xiàn)，電源容量問(wèn)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(jìn)，采用了Spatial

　　Multiplexing（SM）Power Save技術(shù)，其主要處理在于使得STA只有一個(gè)天線(xiàn)處于工作狀態(tài)，其余天線(xiàn)均處于休眠狀態(tài)，從而達(dá)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(dòng)態(tài)SM Power Save.

　　靜態(tài)SM Power Save

　　當(dāng)無(wú)線(xiàn)用戶(hù)處于靜態(tài)模式時(shí)，只有一個(gè)天線(xiàn)保持在工作狀態(tài)，其余天線(xiàn)都處于睡眠狀態(tài)，相當(dāng)于一個(gè)普通的802.11a或802.11b/g的用戶(hù)，通過(guò)這種方式，可以延長(zhǎng)電源的供電時(shí)間。在進(jìn)入睡眠狀態(tài)時(shí)，無(wú)線(xiàn)用戶(hù)會(huì)通知上行AP它已處于靜態(tài)模式，要求AP針對(duì)此用戶(hù)也同時(shí)單入單出（SISO）的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。同理，在無(wú)線(xiàn)用戶(hù)恢復(fù)正常工作狀態(tài)時(shí)，也會(huì)通知AP切換到MIMO方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

　　動(dòng)態(tài)SM Power Save

　　動(dòng)態(tài)模式也只保留一個(gè)天線(xiàn)在工作狀態(tài)，但是當(dāng)無(wú)線(xiàn)用戶(hù)收到數(shù)據(jù)報(bào)文時(shí)，它可以使其他天線(xiàn)迅速進(jìn)入工作狀態(tài)。報(bào)文處理完后，它又可以將其余的天線(xiàn)恢復(fù)到睡眠狀態(tài)。這套通知機(jī)制是通過(guò)RTS、CTS實(shí)現(xiàn)的。AP將通過(guò)RTS來(lái)喚醒無(wú)線(xiàn)用戶(hù)，而無(wú)線(xiàn)用戶(hù)則通過(guò)回應(yīng)CTS報(bào)文來(lái)通知AP已經(jīng)成功恢復(fù)天線(xiàn)到工作狀態(tài)。