IEEE 802.11n技术解析

目录

前言 (2)

1. 产生背景 (2)

2. IEEE 802.11n关键技术 (2)

1.1物理层关键技术 (3)

1.1.1 MIMO技术 (3)

1.1.2 OFDM技术 (4)

1.1.3 40MHZ绑定技术 (5)

1.1.4 FEC（Forward Error Correction）技术 (5)

1.1.5 Short Guard Interval (GI)技术 (5)

1.2 MAC层关键技术 (5)

1.2.1 帧聚合技术 (5)

1.2.2 块确认（Block ACK）技术 (7)

1.2.3 802.11n速率计算方法 (7)

3. 802.11n与802.11b/g的兼容性 (8)

4. IEEE 802.11n应用前景 (8)

4.1家庭环境 (8)

4.2企业环境 (8)

4.3校园与城市网络 (9)

5. 结论 (9)

前言

日前百度发布了一款小度wifi，将其插入电脑可以创建一个小型无线局域网，方便大家更便捷的接入互联网。在这款产品中应用了最新的无线传输协议——IEEE 802.11n协议。高达600Mbps的传输速率，100Mbps的净吞吐量以及很好的向前向后兼容性，奠定了IEEE 802.11n在无线局域网中的重要地位。接下来我们将更全面的了解一下该无线传输协议。

1.产生背景

在当今各种无线局域网技术交织的战国时代，WLAN、蓝牙、HomeRF、UWB等竞相绽放，但IEEE802.11系列的WLAN是应用最广泛的。自从1997年IEEE802.11标准实施以来，先后有802.11b、802.11a、802.11g、802.11e、802.11f、 802.11h、802.11i、802.11j等标准制定或者酝酿，但是WLAN 依然面临带宽不足、漫游不方便、网管不强大、系统不安全和没有杀手级的应用等。就像当今VoIP应用中一个全新的领域VoWLAN那样，虽被业内人士看作是WLAN最有希望的杀手级应用，却因为这四个“不”，很难进一步发展。

为了实现高带宽、高质量的WLAN服务，是无线局域网达到以太网的性能水平，802.11任务组N（TGn）应运而生。2009年IEEE正式批准了802.11n 标准。

2.IEEE 802.11n关键技术

802.11n标准较之前的标准引入了许多新的技术。IEEE 802.11n技术通过物理层和MAC层的优化来充分提高WLAN网络的吞吐量，主要的物理层技术涉及了MIMO、MIMO-OFDM、40MHz、Short GI、FEC、MRC等技术,从而将物理层吞吐提高到600Mbps。如果仅仅提高物理层的速率，而没有对空口访问等MAC协议层的优化，802.11n的物理层优化将无从发挥。就好比即使建了很宽的马路，但是车流的调度管理如果跟不上，仍然会出现拥堵和低效。所以802.11n对MAC采用了Block确认、帧聚合等技术，大大提高MAC层的效率。

1.1物理层关键技术

1.1.1 MIMO 技术

多输入多输出（MIMO ）技术是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，信号通过发射端和接收端的多个天线传送和接收，从而改善每个用户的服务质量（误比特率或数据速率）。

MIMO 是802.11n 物理层的核心，802.11n 通过使用MIMO （多入多出）技术，无线传输同时发送多个无线信号，并且利用多径效应，形成多个空间流，即同一信道内占据不同空间的数据流。可以成倍提高数据传输速度。通过MIMO 技术，还可以获得分集增益和复用增益，有效提高了覆盖距离和速率。

在802.11n 标准中定义了1～4空间流的MIMO 技术，如采用2空间流可以将802.11的速率提升2倍，采用4空间流可以将802.11的速率提升四倍，达到600Mbps 。目前的802.11n 产品普遍支持到2空间流，理论峰值速率可达300Mbps 。 MIMO

特色

● 通过多只天线同时进行收发，增加无线网络基地台的涵盖范围。 ● 利用多重路径的设计方式，减少基地台数量，

● 不仅可以增加资料传输率，也能够增加无线网络客户端服务数量。 ● 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。

MIMO 技术示意图

1.1.2 OFDM技术

OFDM

（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）即正交频分

复用技术。是一种无线环境下的高速传输技术。无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的，而OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输。这样，尽管总的信道是非平坦的，具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽，因此就可以大大消除信号波形间的干扰。由于在OFDM系统中各个子信道的载波相互正交，于是它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。

将MIMO和OFDM相结合，就产生了MIMO-OFDM技术，它通过在OFDM传输系统中采用阵列天线实现空间分集，提高了信号质量，并增加了多径的容限，是无线网络的有效传输速率有质的提高。

MIMO-OFDM工作流程

1.1.3 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72.2 Mbps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。

1.1.4 FEC（Forward Error Correction）技术

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)。

1.1.5 Short Guard Interval (GI)技术

由于多径效应的影响，信息符号(Information Symbol)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800 ns的时间间隔，这个间隔被称为Guard Interval (GI)。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400，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)。

1.2 MAC层关键技术

1.2.1 帧聚合技术

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