802.11n，打造高速WLAN網(wǎng)絡(luò)

前言

WLAN作為運(yùn)營(yíng)商分擔(dān)2/3G移動(dòng)數(shù)據(jù)流量的主要手段，已經(jīng)在全國(guó)得到了大規(guī)模的部署和應(yīng)用，用戶(hù)可以隨時(shí)隨地的在機(jī)場(chǎng)、咖啡廳、賓館等有Wi-Fi信號(hào)覆蓋的場(chǎng)所享受無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的方便和快捷。但現(xiàn)階段的WLAN接入設(shè)備仍然以802.11b/g為主，普遍存在著帶寬不足，用戶(hù)體驗(yàn)差等種種問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)高帶寬、高質(zhì)量的WLAN服務(wù)，802.11n應(yīng)運(yùn)而生。

WLAN 802.11a/b/g/n

802.11n發(fā)展歷程

實(shí)際上802.11n并不是近期才出現(xiàn)的新技術(shù)，早在2003年，IEEE便開(kāi)始了11n標(biāo)準(zhǔn)的制定，2006年，支持11n草案的產(chǎn)品面世，但由于標(biāo)準(zhǔn)的很多技術(shù)細(xì)節(jié)無(wú)法統(tǒng)一，這個(gè)階段的11n產(chǎn)品一直處于“產(chǎn)品早產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)滯后”的尷尬境地，無(wú)法得到大規(guī)模普及應(yīng)用。直到2009年9月11日，802.11n標(biāo)準(zhǔn)終于正式獲得了IEEE標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的批準(zhǔn)通過(guò)，整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的制定過(guò)程歷時(shí)七年，可謂漫長(zhǎng)而艱難。

2010年以后，隨著iphone、Android平臺(tái)為主的智能手機(jī)以及ipad為代表的平板電腦市場(chǎng)的快速發(fā)展，用戶(hù)對(duì)無(wú)線(xiàn)接入速率的要求也越來(lái)越高，而具備更高速率、更廣覆蓋范圍等諸多優(yōu)勢(shì)的802.11n產(chǎn)品也自然受到國(guó)內(nèi)外各大設(shè)備廠(chǎng)商和終端廠(chǎng)商的重視。接入設(shè)備方面，國(guó)內(nèi)設(shè)備廠(chǎng)商如中興、華為、H3C等都相繼推出了支持11n的AP、AC產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)各大運(yùn)營(yíng)商也都于2010年進(jìn)行了WLAN 11n 設(shè)備的集采；終端方面，截止2010年底，全球已有1800多種采用802.11n技術(shù)的設(shè)備獲得Wi-Fi聯(lián)盟產(chǎn)品認(rèn)證。2010年出廠(chǎng)的多數(shù)Wi-Fi產(chǎn)品采用了802.11n技術(shù)，802.11n產(chǎn)品出貨超過(guò)4.5億部，預(yù)計(jì)到2012年有望超過(guò)10億部，占Wi-Fi產(chǎn)品總數(shù)的86%，其中筆記本、Wi-Fi手機(jī)是Wi-Fi產(chǎn)品的中堅(jiān)力量。由此可見(jiàn)，WLAN無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)即將全面進(jìn)入11n時(shí)代。

802.11n關(guān)鍵技術(shù)

802.11n通過(guò)結(jié)合物理層和MAC層的優(yōu)化來(lái)提升WLAN的吞吐性能，主要物理層涉及MIMO-OFDM、信道捆綁技術(shù)、Short GI、MRC等技術(shù)，MAC層包括幀聚合、塊確認(rèn)等技術(shù)。

MIMO-OFDM
MIMO是802.11n的核心技術(shù)，主要指一個(gè)WLAN系統(tǒng)同時(shí)采用多根天線(xiàn)進(jìn)行收發(fā)，在空間形成多條不同的空間流，從而成倍的提高系統(tǒng)吞吐量。802.11n標(biāo)準(zhǔn)定義了最多4*4:4模式，利用4根天線(xiàn)同時(shí)收發(fā)，形成4個(gè)空間流。目前業(yè)界的AP普遍采用1X1 或2X2的模式。

 MIMO 3X3模式

OFDM調(diào)制技術(shù)是將一個(gè)物理信道劃分為多個(gè)子載體，將高速率的數(shù)據(jù)流調(diào)制成多個(gè)低速的子數(shù)據(jù)流，通過(guò)子載體的通訊減少子信道間的互相干擾（ICI），提高物理層速率。OFDM在802.11a/g時(shí)代已經(jīng)成熟使用，在802.11n中，它將MIMO支持的子載體從52個(gè)提高到56個(gè)，通過(guò)MIMO與OFDM的結(jié)合可以有效地利用空間資源，提升抗多徑衰減能力，最終提升整個(gè)WLAN系統(tǒng)的速率和可靠性。[!--empirenews.page--]

信道捆綁技術(shù)
傳統(tǒng)的802.11a/g采用20MHz頻寬來(lái)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通訊，而802.11n支持將相鄰的兩個(gè)頻帶綁定為40MHz，從而將系統(tǒng)傳輸性能提升一倍。這就好比將原先窄的馬路拓寬一倍，車(chē)輛的通行能力也自然提升一倍。

 信道捆綁技術(shù)

Short GI
由于多徑效應(yīng)的影響，信息符號(hào)(Information Symbol)將通過(guò)多條路徑傳遞，可能會(huì)發(fā)生彼此碰撞，導(dǎo)致ISI干擾。為此，802.11a/g標(biāo)準(zhǔn)要求在發(fā)送信息符號(hào)時(shí)，必須保證在信息符號(hào)之間存在800 ns的時(shí)間間隔，這個(gè)間隔被稱(chēng)為Guard Interval (GI)。

802.11n仍然使用缺省使用800 ns GI。當(dāng)多徑效應(yīng)不是很?chē)?yán)重時(shí)，用戶(hù)可以將該間隔配置為400，對(duì)于一條空間流，可以將吞吐提高近10%。對(duì)于多徑效應(yīng)較明顯的環(huán)境，不建議使用Short Guard Interval (GI)。

MRC
MRC即最大合并比技術(shù)，它的目的是改善接收端的信號(hào)質(zhì)量。對(duì)于來(lái)自發(fā)射端的同一個(gè)信號(hào)，由于在接收端使用多天線(xiàn)接收，該信號(hào)將會(huì)經(jīng)過(guò)多條路徑被接收端所接收，多路徑信號(hào)質(zhì)量都非常差的幾率非常小，通過(guò)在接收端使用某種算法，對(duì)不同路徑上的信號(hào)進(jìn)行加權(quán)匯總，從而實(shí)現(xiàn)接收端信號(hào)的改善。

幀聚合
幀聚合技術(shù)包含針對(duì)MSDU的聚合（A-MSDU）和針對(duì)MPDU的聚合(A-MPDU)：

A-MSDU技術(shù)是指把多個(gè)MSDU通過(guò)一定的方式聚合成一個(gè)較大的載荷。這里的MSDU可以認(rèn)為是Ethernet報(bào)文。通常，當(dāng)AP或無(wú)線(xiàn)客戶(hù)端從協(xié)議棧收到報(bào)文（MSDU）時(shí)，會(huì)打上Ethernet報(bào)文頭，這里稱(chēng)之為A-MSDU Subframe，而在通過(guò)射頻口發(fā)送出去前，需要逐一將其轉(zhuǎn)換成802.11報(bào)文格式。而A-MSDU技術(shù)旨在將若干個(gè)A-MSDU Subframe聚合到一起，并封裝為一個(gè)802.11報(bào)文進(jìn)行發(fā)送，從而減少了發(fā)送每一個(gè)802.11報(bào)文所需的PLCP Preamble、PLCP Header和802.11MAC頭的開(kāi)銷(xiāo)，同時(shí)減少了應(yīng)答幀的數(shù)量，提高了報(bào)文發(fā)送的效率。

A-MSDU

與A-MSDU不同的是，A-MPDU聚合的是經(jīng)過(guò)802.11報(bào)文封裝后的MPDU，這里的MPDU是指經(jīng)過(guò)802.11封裝過(guò)的數(shù)據(jù)幀。通過(guò)一次性發(fā)送若干個(gè)MPDU，減少了發(fā)送每個(gè)802.11報(bào)文所需的PLCP Preamble、PLCP Header，從而提高系統(tǒng)吞吐量。

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A-MSDU

塊確認(rèn)
為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕?02.11協(xié)議規(guī)定每收到一個(gè)單播數(shù)據(jù)幀，都必須立即回應(yīng)ACK幀。接收端在收到A-MPDU后，需要對(duì)其中的每一個(gè)MPDU進(jìn)行處理，并針對(duì)每一個(gè)MPDU發(fā)送應(yīng)答幀。

塊確認(rèn)技術(shù)可以通過(guò)使用一個(gè)ACK幀來(lái)完成對(duì)多個(gè)MPDU的應(yīng)答，以降低這種情況下ACK幀的數(shù)量。

塊確認(rèn)

802.11n優(yōu)勢(shì)

802.11n由于采用了MIMO、MRC等多項(xiàng)核心技術(shù)，相對(duì)802.11a/b/g在提高傳輸速率、增大信號(hào)覆蓋范圍、增強(qiáng)抗干擾能力以及提高網(wǎng)絡(luò)性能等方面有了巨大的提升：

最大理論速率高達(dá)600Mbps
隨著用戶(hù)業(yè)務(wù)的不斷豐富，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)的802.11b理論速率只有11Mbps，802.11a/g也只有54M，已經(jīng)逐漸不能滿(mǎn)足用戶(hù)高流量、高質(zhì)量的帶寬需求，802.11n由于采用了MIMO、MRC、信道捆綁技術(shù)等多項(xiàng)核心技術(shù)，在速率提升上有了質(zhì)的飛躍，最高物理層速率可高達(dá)600Mbps，全面提升用戶(hù)體驗(yàn)，滿(mǎn)足用戶(hù)高清視頻、高速游戲等高帶寬業(yè)務(wù)需求。

增大覆蓋范圍
802.11n采用的智能天線(xiàn)技術(shù)可以根據(jù)用戶(hù)的位置、信號(hào)的強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)天線(xiàn)的發(fā)射、接收角度，保證用戶(hù)可以接收到穩(wěn)定的信號(hào)，在增大覆蓋范圍的同時(shí)減小了其他信號(hào)造成的干擾，大大提升WLAN網(wǎng)絡(luò)的性能。

支持雙頻段，有效降低設(shè)備間干擾
傳統(tǒng)的WLAN設(shè)備只支持單頻段，一般采用2.4GHz進(jìn)行覆蓋，相鄰設(shè)備設(shè)置互不干擾的信道，但由于無(wú)干擾信道個(gè)數(shù)比較有限，隨著部署規(guī)模的不斷擴(kuò)大，設(shè)備間數(shù)量的不斷增多，信道干擾現(xiàn)象也越來(lái)越嚴(yán)重。而802.11n設(shè)備可支持2.4GHz和5GHz（國(guó)內(nèi)為5.8GHz）兩個(gè)頻段，通過(guò)在兩個(gè)頻段上混合部署，可有效降低設(shè)備間的信道干擾現(xiàn)象。

全面向下兼容802.11a/b/g
802.11n全面向下兼容傳統(tǒng)的802.11a/b/g，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)向802.11n的平滑升級(jí)。

結(jié)語(yǔ)

2011年以來(lái)，國(guó)內(nèi)各運(yùn)營(yíng)商都開(kāi)始有針對(duì)性的進(jìn)行了802.11n試點(diǎn)的部署，并且都取得了不錯(cuò)的效果，部分省份運(yùn)營(yíng)商甚至明確2011年WLAN網(wǎng)絡(luò)的部署將全部或大部分采用11n設(shè)備，盡管目前來(lái)看11n網(wǎng)絡(luò)的部署應(yīng)用還會(huì)面臨一些問(wèn)題和困難，諸如手機(jī)終端大多不支持5.8GHz頻段，現(xiàn)網(wǎng)的室分系統(tǒng)基本只支持單空間流，無(wú)法發(fā)揮11n室分設(shè)備雙空間流的優(yōu)勢(shì)等等，但是，隨著802.11n標(biāo)準(zhǔn)的正式發(fā)布、技術(shù)的不斷成熟、終端的日益普及，有理由相信802.11n必將會(huì)在不久的未來(lái)全面取代802.11a/b/g，成為WLAN市場(chǎng)的主旋律。