8011ac深度技術分析

1、02.11ac深度技術分析802.11ac是專門為5GHz»段設計，特有的新射頻特點，能夠?qū)F(xiàn)有的無線局域 網(wǎng)的性能吞吐提高到可以與有線千兆級網(wǎng)絡相媲美的程度 ，其采用了眾多的技術,一、概述由于多數(shù)的802.11n設備是為2.4GHz頻段設計,2.4GHz本身的可用信道較少， 同時還有其它工作于2.4GHz頻段的設備（例如藍牙，微波爐、無線監(jiān)視攝像機等） 的十擾，即使在雙空問流40Mhz頻寬下其連接速率能達到300Mbps但是實際網(wǎng) 絡環(huán)境中，由于相互的信道沖突等原因，其實際吞吐并不高，用戶體驗差。802.11ac是專門為5GH瀕段設計，特有的新射頻特點，能夠?qū)F(xiàn)有的無線局域 網(wǎng)的性

2、能吞吐提高到可以與有線千兆級網(wǎng)絡相媲美的程度。802.11ac作為IEEE無線技術的新標準，它借鑒了 802.11n的各種優(yōu)點并進一步 優(yōu)化，除了最明顯的高吞吐特點外，不僅可以很好地兼容802.11a/n的設備，同 時還提升了多項用戶體驗。在802.11ac的網(wǎng)絡中，每個無線接入點可以接納更多的客戶端，為每個并行的 業(yè)務流提供更多的帶寬，同時具有更低時延更省電的優(yōu)點。二、802.11ac主要技術特征由于802.11n在MACg已經(jīng)很優(yōu)異了，因此802.11ac在MA（E上的改進并不多， 主要通過PHY®來提升其基礎速率。PHYS的改進1、更密的調(diào)制模式802.11ac繼續(xù)采用802.

3、11a中OFD涮制方法，但是將階數(shù)從 802.11n中的64 階提高到了 256階。256-QAMK得每個子載波的數(shù)據(jù)比特數(shù)從 6提到8,從而使 得速率增加了將近33%由于256-QAhM十擾更加敏感，適合于信噪比高的環(huán)境， 因此256階正交調(diào)幅主要在64階正交調(diào)幅已經(jīng)可靠覆蓋的范圍內(nèi)才有幫助。雖 然256-QAM提供了更高的速率，但是它并沒有增加有效的覆蓋距離。例外，不像802.11n中那樣可以采用非等星座調(diào)制，在 802.11ac中，當多條流 同時發(fā)送時，每條流都必須采用同等大小的星座。 而前者對于多空間流特別是波 束成形來說卻非常有益。2、更寬的信道帶寬由丁 5GH塑段可以提供更多的信道

4、和更寬的頻寬，802.11ac將信道頻寬從802.11n的20MH濟日40MH敬升到了 80MHZ甚至是160MHZ頻寬的提升帶來了可用數(shù)據(jù)子載波的增加。80MHm用的子載波數(shù)量達到234個, 而40MHZR有108個，這樣80MH就可以帶來2.16倍的增速。小小的副作用就 是，需要將相同的傳輸?shù)墓β史指舻蕉喑鰜淼淖虞d波上，從而造成信號的覆蓋范圍會稍稍減小，但是總的來說還是好的。頻寬的提升帶來了信道化的難題。不過 802.11ac依然沿用802.11n簡單有效的 做法。就如802.11n中將相鄰的兩個20MH於并為40MHZ勺做法一樣，80MHZft 是通過相鄰的連個40MH苛并而來。80MH

5、巫須是使用相鄰的40MHZfB合并，而 且80MHZ±|、可相互沒有交義重疊。由丁通過連續(xù)的 80MH苛并得來的160MHZ> 之乂少，所以160MHM以使用不連續(xù)的80MH於獲得，就是80+80模式。信道 化如圖1所示：圖1信道化示意圖40MH額寬中有主信道和副信道（也就是第二個20MHZ言道）之分，那么在80MHZ 中依然也是有區(qū)分的。在80MH或?qū)挼男诺乐?，必須選一個20MHZ乍為主信道， 那么這個主信道所在的40MHZ言道中，剩余的20MH站道稱為副（第二）20MHZ信 道，而不包含這個主信道的40MH轍為副（第二）40MHZ言道。如圖2所示。那么信道頻寬的增加是否意味

6、著更少的可用信道和更多的信道沖突呢？其實是不會的。在5G頻段，我國已經(jīng)開放的有149,153,157,161和165頻段，雖然目前 只能部署一個80MHZ勺頻段，但是現(xiàn)有的機制允許兩臺設備同時部署在同一個 80MHZ其中一臺將其主信道部署在低40MH函寬上，另外一臺部署在高40MHZ 頻寬上，那么即使兩臺同時傳輸，仍然可以保證可用無沖突的40MH額寬。這個 與已有的部署在40MH額寬上的802.11n來說是一樣的。DyrulrrtlS 血mdwxfllhinAO MHz圖2信道命名示意圖另外，在80MH如寬上傳輸，802.11ac增強的RTS/CTSL制可以很好的協(xié)調(diào)802.11ac與802.

7、11a/n設備之間的信道占用情況。當 802.11a/n的主信道處丁802.11ac部署的80MH額寬內(nèi)，如果重疊的部分不是在含有主 20MH石勺40MHZ 頻寬上，那么802.11ac可以動態(tài)降級到40MHZ莫式，會獲得相應40MHZ®寬對 應的吞吐，如圖3(a)所示；如果重疊的部分含有主20MHZ勺40MHZ®寬上，那么 802.11ac與802.11a/n通過競爭獲取信道的使用權，假設占用機會各50%那么 802.11ac將有一半時間使用80MH凍發(fā)送，因此獲取一半的吞吐，與圖 3(a)獲 取到的吞吐量是一樣的。因此，信道頻寬的增加并不會造成更少的可用信道和更多的信道

8、沖突802 1 函$02 Uac阿地國她)3、更多的空間流在802.11n中，空間流最多為4條，而802.11ac將此上限提升到了 8條。單單 這一項就能使吞吐翻倍。在單用戶傳輸中，每條流的MCSfK是一樣的。在新的MU-MIM散術中，每個STA的最多使用4條流，且對所有用戶來說，每條流 MCS 必須一樣。以上三點，使得802.11ac的速率最高可以達到 6.9Gbps。以下為802.11a/n/ac 的射頻參數(shù)與速率的對比分析：K? I AwtwtV 24 4 S5i4、波速成形任何使用多天線的設備都能夠在任意時間內(nèi)對任何其他設備進行波速成形。802.11ac定義了一種探測協(xié)議（VHT So

9、unding protocol）。該協(xié)議可以讓接收端 有機會幫助發(fā)送到更好地進行波速成形工作。該協(xié)議規(guī)定Beamformer（波速成形發(fā)送端）通過發(fā)送NDPA數(shù)據(jù)包通告）來初始 化波速成形序歹0。在 NDP/, Beamformer在NDP/為每個Beamformee（波速 成形接收端）添加了 STA信息字段，同時在該STA信息字段設置了相應STA的AID 信息，這是為了讓每個Beamformee能夠準備接受壓縮的VHT波束成形幀。NDPA 幀至少包含一個STA信息字段。VHT-NDP艮文會緊跟著NDPAS送，中間僅僅問 隔一個SIFS。NDPg除了是SIFS+VHT-ND賴，不能是其它幀。如

10、果NDP電含不止1個STA字段，那么NDP陽須以廣播方式發(fā)送，即 RA（Receiver Address）必須是廣播地址，否則以單播發(fā)送，RA為接受端地址。每個預定的接受者使用VHT NDP勺前導符測量從無線接入點到自己的射頻信道， 并壓縮信道。第一個預定接受者立刻使用 VHT壓縮波速成形幀內(nèi)的壓縮信道信息 進行響應，其它預定接受者等待輪詢響應。圖9-41a為單用戶的波速成形示意圖， 圖9-41b為多用戶的波速成形示意圖。另外，802.11ac的探測并不丁 802.11n 兼容。NDPA七=m VHT grsFggSiFS日aFomgFigure 9-15Sounding pratOGQl w

11、ith 株 single beamformeeFigurv 4-1Sounding with morq thin gne bvAmformt*5、MU-MIMO802.11ac提出了一項新的技術，即多用戶的多輸入輸出 （MU-MIMO）相比丁 802.11n設備，在同一時間里，多條空間流只能發(fā)送給單個用戶來說，這一 MU-MIM散術意味著在802.11ac網(wǎng)絡中，多個用戶可以同時進行接收，如果單 用戶吞吐是500Mbps的話，那么多用戶的總吞吐可以達到 1Gbps 802.11ac變成 無線網(wǎng)絡中的一個小交換機了。MU-MIM散術在真正部署上會是一項極具挑戰(zhàn)的技術。 在圖4所示的演示示意圖 中

12、，無線接入點為了給用戶1發(fā)送一個強波速（藍色），需要在其它兩個用戶（用 戶2和用戶3)上降低用戶1的能量，這個稱謂空操作，顯示為藍色的凹口。同理給用戶2發(fā)送時，需要在用戶1和用戶3方向降低用戶2的能量。這樣做可以 達到對應用戶所需信道的強信號，而降低對其他用戶的干擾。那么這種方法要求 無線接入點需要準確知道自身到各用戶的信道情況，因而無線接入點必須持續(xù)檢測信道，增加開銷。同時用戶接受到的信號會夾雜著發(fā)往其它用戶的信號的干擾， 使得無法達到最高調(diào)制模式,特別是 256-QAM變得不適合。MAC©1、A-MPDU802.11ac定義每個802.11ac的幀都是一個 A-MPD眥，即使這個

13、A-MPDUI僅包 含 1 個 MPDU802.11ac 的一個 A-MPDU勺大小可以達到 1MB(1048575octets), 而 802.11n 僅僅 64KB(65535octets)。2、RTS/CTS在802.11n中，RTS/CT邨擔著活道的任務，讓802.11a/g設備在其發(fā)送期間， 停止傳輸，避免沖突。在802.11ac中，由丁 80Mhz使用更多的信道，因此需要 提升RTS/CTS勺機制來處理輔助信道上的通信沖突問題。 改進后RTS/CTS時支 持“動態(tài)頻寬”模式。在802.11ac傳輸之前，需要監(jiān)聽信道是否可用，在可用的情況下，802.11ac設備在所使用的80Mhz信道上發(fā)送RTS這個RTS是使用802.11a幀格式的，在每 個20Mhz的信道上傳輸(先在主信道上傳輸，同時復制3份填充整個信道，或復 制7份填充整個160Mhz的信道)，同時這個RTS中攜帶有頻寬信息。所有主信道 在這80Mhz中的802.11a/n/ac設備，都能接收到和解析這個 RTS那么接收端 在接收到這個RTS時，會去判斷在這些20Mhz信道是否都可用，附近的設備有沒 有在占用這些信道，然后根據(jù)這個判斷結果，在可用的信道上回復CTS并且在CTS中報道可用的頻寬。最后發(fā)送者在這些可用的頻寬