第二次课_IEEE_802.11n技术.ppt

ieee802 11n技术 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 内容简介 ieee802 11n概述ieee802 11n关键技术ieee802 11n产业现状ieee802 11n部署策略 第一部分 ieee802 11n概述 别名及称呼 从无线模式分类an 5 8ghz的11ngn 2 4ghz的11nagn 2 4ghz 5 8ghz的11n也有人常用mimo 空间流的方式来表达1 1 11 2 12 2 22 3 23 3 24 4 4 11n 你们是在喊我吗 802 11n中采用了mimo技术多载波复用技术 实现多根天线推进的传输的空分复用技术 提高了数据业务吞吐量和容量的核心技术 实现多数据流的同时传输 802 11n是从发射 接收单元来分类 1 1 一发一收 单流 1 2 一发两收 单流 2 2 两发两收 双流 2 3 两发三收 双流 3 3 两发 动态选择三路发射单元中最大的两路发射单元 三收 双流 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pauldebeasi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11nap的并发接入数为11gap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 ieee802 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 shortgi 更高调制速率 帧聚合 blockack 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 shortgi 更高调制速率 帧聚合 blockack 缩小帧间间隔 增强的节能模式 锁定技 mimo mimo multiple inputmultiple 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 3x3 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 2x3mimo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 1 1 一发一收 单流1 2 一发两收 单流2 2 两发两收 双流2 3 两发三收 双流3 3 三发三收 三流4 4 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 多径传播示意图 mrc技术 最大合并比 maximalratiocombining 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mimoap 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11nap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 g52子载波 48数据子载波 接入速率为54mbps 20mhz 802 11n56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 11n114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 shortgi 由于多径效应的影响 信息符号 informationsymbol 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800ns的时间间隔 这个间隔被称为guardinterval gi shortgi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800nsgi 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 2mbps 对于多径效应较明显的环境 不建议使用shortguardinterval gi 另外 shortgi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54mbps802 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shortgi 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18 19 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 modulationandcodingscheme 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pilotcarries 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pilotcarries 802 11n支持400us的shortgi 原11a g的shortgi时长800us 短间隔shortgi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shortgi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 shortgi 更高调制速率 帧聚合 blockack 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 frameaggregation 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 msdusubframe 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 msdusubframe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plcppreamble plcpheader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plcppreamble plcpheader 从而提高系统吞吐量 mac关键技术 blockack blockack 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 blockacknowledgement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 psmulti 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 shortgi 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 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 gna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 ieee802 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近几年售出的手机中 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 11n11n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 ieee802 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1 1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 末端回传以提供100m接口为主 11n的ap上行带宽需求超过100m 回