IEEE802.11n协议简析

时间:2024-03-20 07:34:19

 我们都知道802.11b提供了最大11Mbps的传输速率,802.11a和802.11g提供了最大54Mbps的传输速率。而802.11n协议,当带宽为40MHz时,可以提供最大135Mbps的传输速率。如下图所示:

IEEE802.11n协议简析

  802.11n提供的技术优势:
 (1)Throughput;
 (2)Reliability: MIMO(多路输入多路输出)带来的最大好处之一就是提高了SNR(SNR是信号传输功率和
噪声的比值)。SNR的提高就意味着信号变强了或是噪声变弱了,最终的结果都是信号能更可靠的传输。
 (3)Predictability:MIMO技术能够减少无线覆盖区域内的dead spot。 


 802.11n的关键技术:
 (1)MIMO-OFDM:MIMO-OFDM是OFDM和MIMO相结合的技术,由于支持更多的子载波(支持52个,而以前的标准支持48个),可以实现20MHz下,单个流达到65Mbps。MIMO的天线配置通常表示成“Y*X”,其中Y与X均为整数,分别代表传输天线与接收天线的数量。
 目前主流均采用2*2作为操作列,即用两组传输链路,两组接收链路,以及两道经过多任务处理的以无线链
路传送的空间流。
 (2)Spatial Multiplexing:基于MIMO技术,实现了在多条路径上并发地通信,这成为Spatial Multiplexing。显然该技术要求并发的流数必须小于等于接收和发送的天线数目。可以说支持多少并发流,就可以提高多少倍的吞吐。Spatial Multiplexing依赖多径效应。MIMO技术运用了多径效应的正面影响,使用多天线来实现多通道,传输信息流经过编码形成多个信息子流,经过多个天线发射出去,多天线接收机使用先进的空时编码处理能够分开并解码这些数据子流,从而实现了最佳的处理。
 (3)Short Guard Interval(SGI):由于信号沿多条路径传播,导致在接收侧,最新接收的信息符号(information symbol)可能会和上一个接收过程尚未结束的信息符号进行碰撞,从而导致干扰。为此,802.11a/g标准要求在发送信息符号时,必须要保证在信息符号之间存在800ns的时间间隔,这个间隔被称为Guard Interval(GI)。802.11n缺省时仍然使用800nsGII当多径效应不是很严重时,可以将该间隔配置为400ns,可以将吞吐提高将近10%。如果GI时长不合理,会降低链路的有效SNR。Short GI使用于多径情况较少、射频环境较好的应用场景。在多径效应影响较大的时候,应该关闭short GI功能。
 (4)40MHz Mode:802.11n支持将两个20MHz的频带捆绑为一个通讯频带(称为Channel bonding),可以实现将吞吐提高一倍。这两个频带一个为主,一个为辅。

  (5)Frame Aggregation:以前WLAN报文处理存在比较大的overhead,比如preamble,FCS,等待确认
的时间等,影响了MAC层的操作效率。Frame Aggregation技术通过将多个帧一次发送进行处理,从而减少了
overhead,减少了帧碰撞机会,提高了MAC效率。为了支持该技术,最大帧尺寸从4KB提高到64KB。Frame
Aggregation支持MSDU和MPDU的集合。在进入MAC处理过程之前,所有的报文都以MSDU形式存在,经过MAC处理之后,MSDU转变成MPDU。A-MSDU在进入MAC层之前完成集合,因此对于802.11MAC层而言,这是一个报文,只需要回复一个ACK就可以。A-MPDU在MAC层之后完成聚合,对于802.11MAC层而言,这是多个报文,每个报文都需要ACK回复block ack完成这个过程。 
(6)Reduced Interframe Spacing(RIFS):按照802.11协议,在收到确认帧和发送下一帧之间需要一个时间间隔(IFS)。802.11n定义了更短的IFS并成为RIFS,提高了发送效率。但是该模式只能应用于greenfield模式。RIFS将两个帧间的时间间隔缩放到2微秒。 
(7)Block Acknowledgements:按照802.11n协议,对于MSDU聚合帧的确认,可以作为一个帧来确认。对于MPDU聚合帧,需要对构成该聚合帧的每个帧进行分别确认。为了提高MAC层效率,协议定义了block acknowledgement机制,可以通过一个frame来实现对整个MPDU聚合帧的确认。 
(8)Spatial Multiplexing Power Save:Spatial Multiplexing(SM)Power Save Mode模式将使得STA只
有一个RADIO处于工作状态,其余处于休眠状态,包括了静态和动态操作模式。对于静态操作模式,STA将通知AP它已经处于静态模式(通过新的管理帧通知操作是动态模式还是静态模式),要求AP只发送单Spatial Stream。对于动态操作模式,虽然也是只保留一个RADIO工作,但是当STA收到收据报文时,它可以使其他RADIO迅速接入工作状态。报文处理完后,它又可以将这些额外的RADIO恢复到非工作状态。这套通知机制是通过RTS、CTS实现的。AP将通过RTS来唤醒STA的RADIO,而STA通过CTS来告诉AP已经让RADIO恢复到工作状态。 
(9)Power Save Multi-Poll:主要是面向WIFI Phone这类流量比较连续的业务,STA可以在通讯的过程中间隔休息,定期苏醒接收或发送报文,从而达到节电。