下一代无线局域网(802.11n) 第5章 高吞吐率

时间:2024-04-05 21:00:04

802.11n提高物理层吞吐率的方式

5.1 40MHz带宽

由于免费的频带和相对不变的硬件成本,将信道带宽翻倍是增加数据速率最简单和最节省成本的方法。

随着40MHz信道的采用,出现了一些问题,20和40MHz设备的操作模式的共存在和互用性问题有待解决。

40MHz子载波的设计
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40MHz的频域设计包含128个子载波,子载波间隔和20MHz相同,为40Mhz/128=312.5kHz。位于左侧有6个空子载波保护带,右侧有5个空子载波保护带。此外在中间直流部分有3个空子载波,来方便实现直接降频转换接收机。还有6个子载波为导频。其余剩余108个子载波为数据专用。

40MHz频谱掩模
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40MHz频谱掩模设计的基本前提是相邻40MHz设备间的相邻信道干扰与相邻20MHz HT设备间的相邻信道干扰相同。

当40MHz和20MHz设备位于相邻信道时,20MHz设备受到的干扰比它与另外一个20MHz设备相邻收到的干扰要大。

40MHz频谱掩模之所以不是很严格的主要原因是为了使成本和复杂度的增加最小,也使发送功率放大器和发送过滤的功率效率的减少最低。

40MHz信道设计
40MHz信道设计的基础是,只有相邻的20MHz信道被结合起来形成一个40MHz信道。一个40MHz信道由两个字段标明(Nprimary_ch, Secondary)。Nprimary_ch代表主要20MHz信道的信道号码,Secondary表示次要20MHz信道只是在主信道之上(1)还是之下(-1)。次信道的标号等于(Nprimary_ch + Secondary * 4)。

5GHz频带上的20MHz信道是不重叠的,这使得20MHz和40MHz设备间的共存和互用性变得简单多了。但是在2.4GHz频带上,信道是重叠的,为了更好地根据环境调整40MHz信道的选择,新的40MHz信道标号也是重叠的。

40MHz混合格式前导码
为了与传统11a/g OFDM设备互用和共存,20MHz MF前导码的传统部分被复制到了 40MHz频带的其他20MHz部分。这样,运行在40MHz信道的任何一个20MHz部分的传统OFDM设备都可以处理L-STF/L-LTF,并解码L-SIG以适当的延迟发送。
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20MHz和40MHz HT设备在40MHz BSS共存,并且与在次信道的相邻BSS的20MHz HT也能同样共存。

HT数据发射机:
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5.2 20MHz的增强:额外的数据子载波

20MHz的数据子载波增加到52个。

20MHz子载波设计:
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20MHz频谱掩模:
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5.3 MCS增强:空间流和码率

如MIMO章节所述,使用MIMO在多空间流情况下,可以显著提升数据率。另外较高的码率也能一定程度提升数据速率。
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但是多空间流和高码率对接收机要求也更加苛刻。

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64QAM R=5/6所要求的SNR随着空间流的数量显著增加。调制阶数越高,随着空间流数目的增加,系统对损伤就越敏感。

5.4 GreenField前导码

混合格式MF前导码包含传统部分前导码,牺牲了吞吐率而得到了和传统设备间的互操作性。为了提高效率,人们也采用了一种不要求与传统设备兼容的绿野(GreenField)前导码。
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GF中新的HT-STF(GF-HT-STF)替代了MF前导码中的L-STF。

5.5 短保护间隔

802.11n的标准OFDM数据码元时间长度为4us,包括一个0.8us的保护间隔(GI)以及3.2us的数据。为了进一步增加802.11n的数据速率,采用了一个可选的短保护间隔,短保护间隔减小到0.4us,码元的总长度减小到3.6us。

802.11n标准不允许在只有一个空间流的GreenField使用短保护间隔。

保护间隔是用来消除由于信道环境的延迟扩展而带来的码间干扰的。将GI缩短,信号便更加易受到延迟扩展较长的信道影响。发射机和接收机中的滤波也会导致时延扩展。发送滤波器用于抑制带外泄露,到邻带的干扰减少的越多,滤波器的延迟扩展越长。同样的,在接收端,邻带的排斥性越强,接收滤波器带来的延迟扩展越长。

缩短保护间隔之后,接收器要求更精确的时间同步,尤其是在延迟扩展较长的信道中,因此一个量化接收器对缩短保护间隔敏感度的方法是,通过增加时间同步中的固定的时间偏差,来建立接收机性能模型。

仿真表明,时间偏移量的递减大致对应着信道间RMS延迟扩展的增加。在严格取样时,信道模型E的100ns时间偏差在时间上只有两个采样,这要求接收机具有更加精确的时间同步和跟踪算法。

短GI只有在延迟扩展较短的信道上增加数据速率,通过改变MCS也可能得到类似的增加。因此一个典型的使用短GI的方法是:只有在设备使用长GI时已经达到它的最高数据速率时,才切换到短GI。最高的MCS表明这是一个好的信道环境,而且调制、码率以及空间流数量都已经无法进一步增加数据速率了,作为速率调整的最后一步,设备可以切换到短GI,以获得最大数据速率。如果接收到了发送数据的确认,设备便知道信道支持短GI和最大数据速率。通过更加复杂的方法,人们可以从信道估计中确定信道的延迟扩展,从而可以在更多的情况下使用短GI。