IEEE 80211n技术交流.ppt

2011 年 8 月 22日 山东济南,ieee 802.11n技术交流,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”的形式来表达。 （注：kbps数值除以8等于kb/s的数值）,第一印象,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,交流提纲,ieee 802.11n概述 ieee 802.11n关键技术 ieee 802.11n产业现状 ieee 802.11n部署策略,您将能够了解：,第一部分,ieee 802.11n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 12：1 22：2 23：2 33：2 44：4,11n,你们是在喊我吗？！,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paul debeasi在一份颇有争议的报告中提出了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,特长及爱好,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11n ap的并发接入数为11g ap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,身体素质,物理层关键技术,mac层关键技术,mimo mimo-ofdm 信道捆绑 更多子载波 short gi 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,物理层关键技术,mac层关键技术,mimo mimo-ofdm 信道捆绑 更多子载波 short gi 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不断变化的。 通常情况下，多径传播带来了干扰衰减。 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。,radio,tx,radio,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。,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，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 interval (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,身体素质,物理层关键技术,mac层关键技术,mimo mimo-ofdm mrc 信道捆绑 更多子载波 short gi 更高调制速率,帧聚合 block ack 缩小帧间间隔 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ht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 gi,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，牛的很。,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802.11n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,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 2011年蜂窝/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 2011年在上述3亿多部手机中，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ht20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,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