WiFi关键技术.ppt

内容提要 4 5 2003年 2 4GHz802 11g标准正式诞生 2009年9月 802 11n标准正式发布 无线正式进入百兆时代 2003年 IEEE成立802 11n任务组 1999年 802 11b 802 11a标准相继发布 2007年 802 11ndraft2 0草案获通过 802 11n进入试商用 2009年全年 全球Wi Fi芯片发货量达到5 3亿 全球WLAN用户突破6亿 2010年6月 苹果发布第四代iPhone 率先在移动终端上支持802 11n 2010年1月 Android IPad等平板终端逐渐普及促使无线取代有线接口 2010年全年 802 11n芯片的出货量将超过802 11g芯片的出货量 第一阶段 第二阶段 第三阶段 WLAN历史 过去 未来 现在 WLAN标准不断完善 可运营可管理性稳步增强 802 11n已成主流 802 11ac802 11ad IEEE推出的第一代WLAN标准 2 4G频段 传输速率1M 11b2 4G频段 传输速率提高到5 5M和11M 11a5 8G频段传输速率提高到54M 传输速率提高到54M 2 4G频段 兼容11b 2 4G频段和5 8G频段 传输速率提高到300M 兼容11a 11b 11g 6G以下频段和60G频段传输速率不小于1Gbit s协议正在制定和完善之中 2012年 11n到底有多快 普通的11g传输文件测试 只能达到23Mbps左右 而11n能达到多少呢 150Mbps 整整是11g网络速率的6倍 802 11n技术优势 高带宽 广覆盖 易兼容 高稳定 易穿透 密接入 OFDM MIMO IEEE802 11n 6大特点的解释 普通54M的11G产品 实际用户层吞吐率一般在20 25Mbps 而11n的产品 可以实现300 600M的物理带宽 数据吞吐率至少在百兆以上 和百兆有线的速率相当 完全可以满足一些高带宽的应用需求 比如高清的在线教学 IPTV等 高带宽 802 11n采用智能天线技术 通过多组独立天线组成的天线阵列 可以动态调整波束 保证让WLAN用户接收到稳定的信号 并可以减少其它信号的干扰 使覆盖范围能达到11G的6倍以上 广覆盖 一般情况下 基于11G的设备可以同时接入20个左右的客户端 而11n的设备可以让更的用户接入 并提供更高的带宽 更适合于用户量比较大的密集接入的场景 比如象今天的媒体发布会之类的场合下的应用 密接入 由于采用了多路收发的技术 将对于11G而言 信号穿透性更好 在空间较为复杂的环境中应用 更容易消除盲点 从而简化工程前期的勘测 设计工作 减少设备布放数量 降低建网成本 易穿透 在11G模式下 如果有多个用户同时接入网络 可能会因为QoS得不到良好的保障 影响实时业务 11n在这方面则有很大的改善 由于采用了MIMO技术 无线信号是多路收发 有效地解决了多径干扰问题 信号稳定性及抗干扰能力等方面比11G产品大大提高 可以支持wifi语音等实时业务 高稳定 802 11n在设计之初就保证了后向的兼容性 以前的11a 11b 11G的终端设备仍可以接入11n的网络 充分保护了用户已有的投资 易兼容 11n技术一览 OFDM MIMO 40MHz ShortGI 帧聚合 块应答 802 11n 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 11n的核心技术 MIMO 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 t 普通天线 MIMO天线 MIMO技术利用空间的分集 使得每个码片在时域上更加高效 11n信道的选择 20MHzor40MHz 和11g类似 在2 4GHz频段可以有三个不重叠的信道 但是对于11n来说 使用20MHz就意味着只能达到150Mbps的速率 使用20MHz 使用40MHz 和11g的Turbo模式类似 一旦使用40MHz带宽 在2 4GHz频段只有一个信道可用 基本上无法规模部署 解决方法是使用5GHz频段 带宽资源丰富 内容提要 4 5 802 11协议比较 802 11n采用的关键技术 802 11n物理层采用的关键技术有MIMO MIMO OFDM 40MHz信道 ShortGI FEC MRC等 802 11nMAC层采用的关键技术有Block确认 帧聚合等 802 11n关键技术 MIMO 利用多天线传输将串行映射为并行各天线独立处理自主运行各天线用各自的调制方式发送电波各天线用各自的解调方式接收电波 802 11n关键技术 MIMO N个子空间流同时发送到信道 各发射信号占用同一频带 不增加带宽 各发射接收天线间的通道独立相应 多入多出系统可以创造多个并行空间信道 通过并行空间信道独立传输信息 速率提高 最多可分割4个空间流支持天线数量为4 4空间流越多 功耗越大802 11n协议包含MIMO省电模式需要更高性能时才使用多路径 以降低功耗 802 11n关键技术 OFDM 正交频分复用 技术 802 11n关键技术 MIMO OFDM 802 11n关键技术 FEC ForwardErrorCorrection FEC ForwardErrorCorrection 按照无线通信的基本原理 为了使信息适合在无线信道这样不可靠的媒介中传递 发射端将把信息进行编码并携带冗余信息 以提高系统的纠错能力 使接收端能够恢复原始信息 802 11n所采用的QAM 64的编码机制可以将编码率 有效信息和整个编码的比率 从3 4提高到5 6 所以 对于一条空间流 在MIMO OFDM基础之上 物理速率从58 5提高到了65Mbps 即58 5乘5 6除以3 4 802 11n关键技术 ShortGI ShortGuardInterval GI 由于多径效应的影响 信息符号 InformationSymbol 将通过多条路径传递 可能会发生彼此碰撞 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 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400 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 802 11n关键技术 40MHz绑定技术 40MHz绑定技术对于无线技术 提高所用频谱的宽度 可以最为直接地提高吞吐 就好比是马路变宽了 车辆的通行能力自然提高 传统802 11a g使用的频宽是20MHz 而802 11n支持将相邻两个频宽绑定为40MHz来使用 所以可以最直接地提高吞吐 需要注意的是 对于一条空间流 并不是仅仅将吞吐从72 2Mbps提高到144 4 即72 2 2 Mbps 对于20MHz频宽 为了减少相邻信道的干扰 在其两侧预留了一小部分的带宽边界 而通过40MHz绑定技术 这些预留的带宽也可以用来通讯 可以将子载体从104 52 2 提高到108 按照72 2 2 108 104进行计算 所得到的吞吐能力达到了150Mbps 802 11n关键技术 帧聚合 FrameAggregation 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 MDSU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 802 11n关键技术 帧聚合 FrameAggregation 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 802 11n关键技术 块确认 BlockACK BlockACK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 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40