淺談802.11n協(xié)議

　　802.11n協(xié)議

　　新興的 802.11n 標(biāo)準(zhǔn)具有高達(dá) 600 Mbps 的速率，是下一代的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可提供支持對帶寬最為敏感的應(yīng)用所需的速率、范圍和可靠性。802.11n 結(jié)合了多種技術(shù)，其中包括 Spatial Multiplexing MIMO （Multi-In， Multi-Out） （空間多路復(fù)用多入多出）、20和 40MHz 信道和雙頻帶 （2.4 GHz 和5 GHz），以便形成很高的速率，同時又能與以前的 IEEE 802.11b/g 設(shè)備通信。

　　多入多出（MIMO）或多發(fā)多收天線（MTMRA）技術(shù)是無線移動通信領(lǐng)域智能天線技術(shù)的重大突破。該技術(shù)能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率，是新一代移動通信系統(tǒng)必須采用的關(guān)鍵技術(shù)。

　　802.11n技術(shù)MIMO和OFDM介紹

　　802.11n專注于高吞吐量的研究，計劃將無線局域網(wǎng)的傳輸速率從802.11a和802.11g的54Mbps增加至108Mbps以上，最高速率可達(dá)320Mbps甚至500Mbps。這樣高的速率當(dāng)然要有技術(shù)支撐，而OFDM技術(shù)、MIMO（多入多出）技術(shù)正是關(guān)鍵。

　　OFDM技術(shù)是多載波調(diào)制（Multi-CarrierModulation，MCM）的一種，它曾經(jīng)在802.11g標(biāo)準(zhǔn)中被采用。其核心是將信道分成許多進(jìn)行窄頻調(diào)制和傳輸正交子信道，并使每個子信道上的信號頻寬小于信道的相關(guān)頻寬，用以減少各個載波之間的相互干擾，同時提高頻譜的利用率的技術(shù)。

　　OFDM還通過使用不同數(shù)量的子信道來實現(xiàn)上行和下行的非對稱性傳輸。不過OFDM技術(shù)易受頻率偏差的影響，存在較高的峰值平均功率比（PAR），不過可以通過時空編碼、分集、干擾抑制以及智能天線技術(shù)，最大程度地提高物理層的可靠性，802.11g中雖也采用有相似技術(shù)，但相比802.11n中與MIMO技術(shù)的結(jié)合，自然遜色不少。

　　802.11n技術(shù)陣營合作發(fā)展

　　802.11n標(biāo)準(zhǔn)上有兩大技術(shù)陣營，即WWiSE（World Wide Spectrum Efficiency）聯(lián)盟和TGn Sync聯(lián)盟，目前，802.11n工作組已經(jīng)向前發(fā)展并采納了一個由擴(kuò)展無線聯(lián)盟（EWC）整合的 組合方案，該擴(kuò)展無線聯(lián)盟（EWC）是由Broadcom，Intel和其他Wi-Fi供應(yīng)商領(lǐng)導(dǎo)的行業(yè)組織。802.11n 1.0版草案是兩方面的方案的有力結(jié)合 ，已經(jīng)被IEEE采納，現(xiàn)在正在被這個工作組為最終的采用而進(jìn)行仔細(xì)的檢查。

　　其中WWiSE獲得了德州儀器、Broadcom、 Conexant、 STMicro、 Airgo和Bermai的支持，而此前曾提交自有標(biāo)準(zhǔn)的摩托羅拉也加入了這一陣營 ；TGn Sync的支持者則包括英特爾、Atheros、Agere、英飛凌、思科、高通、北電網(wǎng)絡(luò)、三菱、索尼、松下、飛利浦、三星、三洋和東芝。 WWiSE以目前獲得全球采用的20 MHz通道格式為基礎(chǔ)，世界各地已有超過數(shù)千萬部Wi-Fi裝置正在使用此格式，這種方法不但確保現(xiàn)有Wi-Fi產(chǎn)品 獲得支持，還可以改善Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)在指定頻帶內(nèi)的工作效能。除此之外，聯(lián)盟廠商也代表了組成Wi-Fi市場的半導(dǎo)體供應(yīng)和消費(fèi)領(lǐng)域重要交集， 這將在發(fā)展廠商和最終產(chǎn)品制造商之間建立起堅強(qiáng)的合作關(guān)系。

　　就技術(shù)層面而言，WWiSE建議案標(biāo)示著802.11實作功能的重大進(jìn)步，主要特點(diǎn)包括：

　　強(qiáng)制使用已經(jīng)核準(zhǔn)、現(xiàn)已存在且全球適用的20MHz Wi-Fi通道寬度，確保它在任何電信法規(guī)要求下都能立即使用和布署。

　　更強(qiáng)的MIMO-OFDM技術(shù)，它是在2×2組態(tài)配置和一個20 MHz通道的最低要求下達(dá)到135 Mbps最大數(shù)據(jù)速率、進(jìn)而降低實作成本的關(guān)鍵。這種 技術(shù)還能大幅改善簡單的天線延伸或信道匯整技術(shù)。

　　利用4×4 MIMO架構(gòu)和40 MHz通道寬度（只要主管單位允許）實現(xiàn)的540 Mbps最高數(shù)據(jù)速率，它能替未來的裝置和應(yīng)用提供持續(xù)發(fā)展的藍(lán)圖。

　　強(qiáng)制模式提供與5 GHz和2.4 GHz頻帶內(nèi)現(xiàn)有Wi-Fi裝置的向后兼容性與互用性，確保已安裝的設(shè)備仍能獲得強(qiáng)大支持。

　　先進(jìn)的FEC編碼功能幫助實現(xiàn)最大覆蓋率和聯(lián)機(jī)距離，它適用于所有的MIMO組態(tài)和通道帶寬。

　　而TGn Sync聯(lián)盟主要是采用兩條MIMO天線，與40MHz信道協(xié)同使用，創(chuàng)造出能提供250Mbps帶寬和可用吞吐量理論值為175Mbps的器件。WWiSE的 會員則提出，這將減少可用非重疊802.11信道的數(shù)量，在一些國家屬于非法，例如日本。相反，該組織提議的技術(shù)使用四條MIMO天線，同時保 持目前802.11定義的20MHz信道。這種方法據(jù)稱頻譜效率更高，而且受到的管制障礙較少。

　　802.11n的技術(shù)優(yōu)勢

　　802.11n專注于高吞吐量的研究，計劃將WLAN的傳輸速率從802.11a和802.11g的54Mbps增加至108Mbps以上，最高速率可達(dá)320Mbps甚至500Mbps。這樣高的速率當(dāng)然要有技術(shù)支撐，而OFDM技術(shù)、MIMO（多入多出）技術(shù)等正是關(guān)鍵。

　　OFDM技術(shù)是MCM（Multi-Carrier Modulation，多載波調(diào)制）的一種，曾經(jīng)在802.11g標(biāo)準(zhǔn)中采用。其核心是將信道分成許多進(jìn)行窄帶調(diào)制和傳輸正交子信道，并使每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，用以減少各個載波之間的相互干擾，同時提高頻譜的利用率的技術(shù)。OFDM還通過使用不同數(shù)量的子信道來實現(xiàn)上行和下行的非對稱性傳輸。不過OFDM技術(shù)易受頻率偏差的影響，存在較高的峰值平均功率比（PAR），不過可以通過時空編碼、分集、干擾抑制以及智能天線技術(shù)，最大程度地提高物理層的可靠性，802.11g中雖也采用有相似技術(shù)，但相比802.11n中與MIMO技術(shù)的結(jié)合，自然遜色不少。

　　MIMO（多入多出）技術(shù)是無線通信領(lǐng)域智能天線技術(shù)的重大突破，能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率。MIMO系統(tǒng)在發(fā)射端和接收端均采用多天線（或陣列天線）和多通道。傳輸信息流S（k）經(jīng)過空時編碼形成N個信息子流Ci（k），i=1，……，N。這N個子流由N個天線發(fā)射出去，經(jīng)空間信道后由M個接收天線接收。多天線接收機(jī)利用先進(jìn)的空時編碼處理能夠分開并解碼這些數(shù)據(jù)子流，這樣，MIMO系統(tǒng)可以創(chuàng)造多個并行空間信道，解決了帶寬共享的問題。802.11n天線數(shù)量可以支持到3*3，比802.11g的3增加了3倍。

　　將MIMO與OFDM技術(shù)相結(jié)合，就產(chǎn)生了MIMO OFDM技術(shù)，它通過在OFDM傳輸系統(tǒng)中采用陣列天線實現(xiàn)空間分集，提高了信號質(zhì)量，并增加了多徑的容限，使無線網(wǎng)絡(luò)的有效傳輸速率有質(zhì)的提升。

　　而為了提升整個網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，802.11n還對802.11標(biāo)準(zhǔn)的單一MAC層協(xié)議進(jìn)行了優(yōu)化，改變了數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，增加了凈負(fù)載所占的比重，減少管理檢錯所占的字節(jié)數(shù)大大提升了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。在天線上，智能天線技術(shù)的應(yīng)用也解決了802.11n的傳輸覆蓋范圍問題。通過多組獨(dú)立天線組成的天線陣列系統(tǒng)，動態(tài)地調(diào)整波束的方向，802.11n保證讓用戶接收到穩(wěn)定的信號，并減少其它噪音信號的干擾，使無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離能夠增加到幾公里，移動性大大增強(qiáng)。

　　兼容性方面，802.11n采用軟件無線電技術(shù)解決不同標(biāo)準(zhǔn)采用不同的工作頻段、不同的調(diào)制方式，造成系統(tǒng)間難以互通，移動性差的問題。軟件無線電是一個完全可編程的硬件平臺，所有的應(yīng)用都通過在該平臺上的軟件編程實現(xiàn)，換句話說，就是不同系統(tǒng)的基站和移動終端都可以由建立在相同硬件基礎(chǔ)上的不同軟件實現(xiàn)。軟件無線電技術(shù)將根本改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)無線局域網(wǎng)與無線廣域網(wǎng)融合并能容納各種標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議，提供更為開放的接口，最終大大增加網(wǎng)絡(luò)的靈活性。另外，802.11n工作模式包含2.4GHz和5.8GHz兩個工作頻段，保障了與以往的802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)兼容，極大的保護(hù)了用戶的投資。