第二次课IEEE802.11n技术.ppt

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1、IEEE 802.11n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

2、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,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,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11：112：122：223：233：244：4,11n,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

3、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

4、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

5、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

6、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,MIMOMIMO-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,MIMOMIMO-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,MI

7、MO（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，

8、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：1

9、1：一发一收，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。,多径传播示意图,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

10、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

11、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

12、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，

13、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Short GI,40MHz绑定等技术，在4条

14、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

15、(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

16、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

17、%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,MIMOMIMO-OFDMMRC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-MPD

18、U)：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。,MA

19、C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 Ack

20、nowledgement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

21、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,Sho

22、rt 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。,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802.1

23、1n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802.11n 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,

24、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

25、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，回传网络需要升级并重新规划以应对回传带宽需求的增长,室分部署,当前室分系统只能使用2.4G信道，5.8G部署需要全面改造合路器、功分器、天线，比较困难，短期无法部署当前室分系统应用中，按照楼层部署是较为常见的应用场景，此种场景下，可以考虑规划2个40M信道用于11n传输40M信道结合单空间流，可以提供最大150M的空口速率，对应吞吐量为75100M在2.4G信道上，11n可以兼容现有b/g终端，但对整个系统的吞吐量影响较大由于只存在一套室分系统，11n部署时必须替换现有b/g系统,3,11,3,11,室内放装部

26、署,受可用信道的限制，放装部署只能选择使用20M传输信道，在2.4G频段有3个不重叠信道，在5.8G频段有5个不重叠频段因为室内需要穿透墙壁等的应用需求较为强烈，一般优先选择2.4G信道进行部署，5.8G在开敞空间部署也可考虑在2.4G信道上，11n可以兼容现有b/g终端，但对整个系统的吞吐量影响较大20M信道带宽结合双空间流，可以提供最大144.44M的空口速率，对应吞吐量为75100M,室外放装部署,随着并发用户数的增多，现有b/g网络容量需要扩容方式一：减少覆盖半径，增加b/g接入点数量。过于密集的接入点投资大，难于维护，不建议采用。方式二：直接替换b/g设备为2.4G的11n接入点，要求11n接入点能够兼容b/g设备。前期投资浪费，且由于b/g终端的普遍存在，实际吞吐量不高，用户体验改善不大。方式三：叠加建设一个5.8G的11n网络。b/g用于继续使用2.4G的b/g网络，支持双频的终端使用5.8G的11n网络。5.8G网络可以工作在纯11n模式下，空口速率最大，20M信道双空间流可以达到最大144M，实际吞吐量为75100M。主要面临的问题是5.8G终端相对较少。,作业：调研IEEE 802.11ac标准，写一篇针对该标准的报告，不少于800字。,