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WiFi 802.11n学习

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2015年6月5日 / 221次阅读
标签:无线WiFi

文章《WiFi 802.11n学习》的特色图片

WiFi技术在802.11n技术标准出现之前,已经有了好几个技术标准,我把他们成为早期的WiFi技术标准。早期的WiFi标准,都只有一根天线,最高速率只有54Mbps。WiFi 802.11n技术标准于2009年获得IEEE正式批准通过,其理论最高速率可以达到600Mbps,802.11n的设备,至少有2根天线(有可能隐藏起来)。

802.11n协议对物理层和MAC子层进行了增强,这四项关键的特性是:

  1. 多输入多输出(MIMO),MIMO技术利用多天线收发技术实现分集和信号复用。
  2. 40MHz频宽将两个相邻的信道结合在一起并利用原先保留的频间带宽将数据率提高两倍以上。
  3. 数据帧汇聚通过把多个数据帧结合在一起发送减少了802.11n数据传输开销。
  4. 后向兼容的机制,使得802.11n设备可以和a/b/g设备共存,因此允许用户可以分阶段的迁移他们的无线接入点和无线客户端。

MIMO技术

麦新杰以前有一篇学习笔记,汇总了WIFI网络的4种干扰,其中有一个干扰叫作多径干扰。MIMO技术就是利用多径的特点,提升传输吞吐率。

MIMO传输同时发送多个无线信号,并且利用多径效应。这些信号可能承载相同的资料以提高可靠性,或完全不同的信息以提高吞吐量。每个信号称为空间流。每个空间流都从自己的天线发送,使用自己的发射器。由于在各个天线之间存在空间,每个信号都会通过略微不同的路径发送给接收端。这叫做空间分集。每个无线电波都可以传送不同于其他无线电波的数据流。接收端也有多个天线,每个天线有自己的无线电波接收器,每个接收器都对收到的信息进行独立解码,然后将各个无线电接收器收到的信号组合起来。

通过复杂的运算,MIMO提供下面三个能力:

  1. 能够使用多个发射天线,以改善接收端信号的信噪比。
  2. 能够使用多个接收天线,以改善接收端信号的信噪比,这被称之为MIMO接收均衡(即最大比合并MRC)。
  3. 能够在同一时间和同一频谱发送两个或两个以上的信号。这些信号被称为空间流,以这样的方式发送多条空间流被称之为空间复用。802.11n标准允许最多4个空间流。从本质上讲,这比现在常用的两个空间流实现的性能要高。

所以,支持802.11n的路由器,最多可以有4根天线。而我们一般在市场上看到的都是所谓300M路由器,这个300M表示设备有2根天线,理论上最大可以达到300Mbps的传输速率。需要注意,要想真正达到这样搞的传输速率,还需要终端设备也要支持802.11n,并且也需要有多根天线才可以。

20和40MHz信道

原本的802.11直接序列射频和802.11b增强标准使用的信道带宽为22MHz和25MHz。802.11a
及802.11g使用20MHz信道。因802.11g是802.11b的增强,固其也使用25MHz带宽。每信道的数据率是衡量射频效率的重要标准,称为:频谱效率,以比特每秒每赫兹(bit/s/Hz)为单位。802.11b的频谱效率为0.5bit/s/Hz(例如11Mbps在22MHz信道),802.11a及802.11g有稍高的频谱效率,在54Mbps时可达到2.7bits/s/Hz。

使用完全相同的技术,802.11a及802.11g的专有网络有时可到达108Mbps。这些专有系统使用简单的技术把802.11a/g数据率增强到原来的两倍。这种技术称为“信道绑定”,即同时利用两个信道传输。采用信道绑定,频谱效率跟原先的802.11a/g相同,而信道带宽是后者的两倍,这提供了一种简单的将数据速率提高到两倍的方法。

802.11n使用20MHz及40MHz信道。与前面提到的专有产品类似,40MHz信道由两个相邻的
20MHz信道组成。若采用原先单独的20MHz信道,信道最低及最高频段保留一部分带宽避免信道间干扰。而当使用40MHz绑定信道时,这些保留带宽可以用来传输信息。通过利用保留带宽,802.11n的信道应用效率更高,通常可比20MHz带宽的两倍要稍高。

WiFi 802.11n 20和40MHz信道示意图

WiFi 802.11n 20和40MHz信道示意图

 

802.11n可工作在2.4GHz和5GHz两个频段,这样也为5GHz设备提供了支持,向下兼容了802.11a设备。802.11n会跟早期的WiFi标准共存很长时间。

WiFi 802.11n是目前应用最广泛的WiFi技术标准,一般家庭路由器,都是300Mbps,2根天线的802.11n设备。

本文链接:http://www.maixj.net/ict/wifi-802-11n-6311
云上小悟 麦新杰(QQ:1093023102)

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