浅谈802.11n协议

　　802.11n协议

　　新兴的 802.11n 标准具有高达 600 Mbps 的速率，是下一代的无线网络技术，可提供支持对带宽最为敏感的应用所需的速率、范围和可靠性。802.11n 结合了多种技术，其中包括 Spatial Multiplexing MIMO （Multi-In， Multi-Out） （空间多路复用多入多出）、20和 40MHz 信道和双频带 （2.4 GHz 和5 GHz），以便形成很高的速率，同时又能与以前的 IEEE 802.11b/g 设备通信。

　　多入多出（MIMO）或多发多收天线（MTMRA）技术是无线移动通信领域智能天线技术的重大突破。该技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率，是新一代移动通信系统必须采用的关键技术。

　　802.11n技术MIMO和OFDM介绍

　　802.11n专注于高吞吐量的研究，计划将无线局域网的传输速率从802.11a和802.11g的54Mbps增加至108Mbps以上，最高速率可达320Mbps甚至500Mbps。这样高的速率当然要有技术支撑，而OFDM技术、MIMO（多入多出）技术正是关键。

　　OFDM技术是多载波调制（Multi-CarrierModulation，MCM）的一种，它曾经在802.11g标准中被采用。其核心是将信道分成许多进行窄频调制和传输正交子信道，并使每个子信道上的信号频宽小于信道的相关频宽，用以减少各个载波之间的相互干扰，同时提高频谱的利用率的技术。

　　OFDM还通过使用不同数量的子信道来实现上行和下行的非对称性传输。不过OFDM技术易受频率偏差的影响，存在较高的峰值平均功率比（PAR），不过可以通过时空编码、分集、干扰抑制以及智能天线技术，最大程度地提高物理层的可靠性，802.11g中虽也采用有相似技术，但相比802.11n中与MIMO技术的结合，自然逊色不少。

　　802.11n技术阵营合作发展

　　802.11n标准上有两大技术阵营，即WWiSE（World Wide Spectrum Efficiency）联盟和TGn Sync联盟，目前，802.11n工作组已经向前发展并采纳了一个由扩展无线联盟（EWC）整合的 组合方案，该扩展无线联盟（EWC）是由Broadcom，Intel和其他Wi-Fi供应商领导的行业组织。802.11n 1.0版草案是两方面的方案的有力结合 ，已经被IEEE采纳，现在正在被这个工作组为最终的采用而进行仔细的检查。

　　其中WWiSE获得了德州仪器、Broadcom、 Conexant、 STMicro、 Airgo和Bermai的支持，而此前曾提交自有标准的摩托罗拉也加入了这一阵营 ；TGn Sync的支持者则包括英特尔、Atheros、Agere、英飞凌、思科、高通、北电网络、三菱、索尼、松下、飞利浦、三星、三洋和东芝。 WWiSE以目前获得全球采用的20 MHz通道格式为基础，世界各地已有超过数千万部Wi-Fi装置正在使用此格式，这种方法不但确保现有Wi-Fi产品 获得支持，还可以改善Wi-Fi网络在指定频带内的工作效能。除此之外，联盟厂商也代表了组成Wi-Fi市场的半导体供应和消费领域重要交集， 这将在发展厂商和最终产品制造商之间建立起坚强的合作关系。

　　就技术层面而言，WWiSE建议案标示着802.11实作功能的重大进步，主要特点包括：

　　强制使用已经核准、现已存在且全球适用的20MHz Wi-Fi通道宽度，确保它在任何电信法规要求下都能立即使用和布署。

　　更强的MIMO-OFDM技术，它是在2×2组态配置和一个20 MHz通道的最低要求下达到135 Mbps最大数据速率、进而降低实作成本的关键。这种 技术还能大幅改善简单的天线延伸或信道汇整技术。

　　利用4×4 MIMO架构和40 MHz通道宽度（只要主管单位允许）实现的540 Mbps最高数据速率，它能替未来的装置和应用提供持续发展的蓝图。

　　强制模式提供与5 GHz和2.4 GHz频带内现有Wi-Fi装置的向后兼容性与互用性，确保已安装的设备仍能获得强大支持。

　　先进的FEC编码功能帮助实现最大覆盖率和联机距离，它适用于所有的MIMO组态和通道带宽。

　　而TGn Sync联盟主要是采用两条MIMO天线，与40MHz信道协同使用，创造出能提供250Mbps带宽和可用吞吐量理论值为175Mbps的器件。WWiSE的 会员则提出，这将减少可用非重叠802.11信道的数量，在一些国家属于非法，例如日本。相反，该组织提议的技术使用四条MIMO天线，同时保 持目前802.11定义的20MHz信道。这种方法据称频谱效率更高，而且受到的管制障碍较少。

　　802.11n的技术优势

　　802.11n专注于高吞吐量的研究，计划将WLAN的传输速率从802.11a和802.11g的54Mbps增加至108Mbps以上，最高速率可达320Mbps甚至500Mbps。这样高的速率当然要有技术支撑，而OFDM技术、MIMO（多入多出）技术等正是关键。

　　OFDM技术是MCM（Multi-Carrier Modulation，多载波调制）的一种，曾经在802.11g标准中采用。其核心是将信道分成许多进行窄带调制和传输正交子信道，并使每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，用以减少各个载波之间的相互干扰，同时提高频谱的利用率的技术。OFDM还通过使用不同数量的子信道来实现上行和下行的非对称性传输。不过OFDM技术易受频率偏差的影响，存在较高的峰值平均功率比（PAR），不过可以通过时空编码、分集、干扰抑制以及智能天线技术，最大程度地提高物理层的可靠性，802.11g中虽也采用有相似技术，但相比802.11n中与MIMO技术的结合，自然逊色不少。

　　MIMO（多入多出）技术是无线通信领域智能天线技术的重大突破，能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率。MIMO系统在发射端和接收端均采用多天线（或阵列天线）和多通道。传输信息流S（k）经过空时编码形成N个信息子流Ci（k），i=1，……，N。这N个子流由N个天线发射出去，经空间信道后由M个接收天线接收。多天线接收机利用先进的空时编码处理能够分开并解码这些数据子流，这样，MIMO系统可以创造多个并行空间信道，解决了带宽共享的问题。802.11n天线数量可以支持到3*3，比802.11g的3增加了3倍。

　　将MIMO与OFDM技术相结合，就产生了MIMO OFDM技术，它通过在OFDM传输系统中采用阵列天线实现空间分集，提高了信号质量，并增加了多径的容限，使无线网络的有效传输速率有质的提升。

　　而为了提升整个网络的吞吐量，802.11n还对802.11标准的单一MAC层协议进行了优化，改变了数据帧结构，增加了净负载所占的比重，减少管理检错所占的字节数大大提升了网络的吞吐量。在天线上，智能天线技术的应用也解决了802.11n的传输覆盖范围问题。通过多组独立天线组成的天线阵列系统，动态地调整波束的方向，802.11n保证让用户接收到稳定的信号，并减少其它噪音信号的干扰，使无线网络的传输距离能够增加到几公里，移动性大大增强。

　　兼容性方面，802.11n采用软件无线电技术解决不同标准采用不同的工作频段、不同的调制方式，造成系统间难以互通，移动性差的问题。软件无线电是一个完全可编程的硬件平台，所有的应用都通过在该平台上的软件编程实现，换句话说，就是不同系统的基站和移动终端都可以由建立在相同硬件基础上的不同软件实现。软件无线电技术将根本改变网络结构，实现无线局域网与无线广域网融合并能容纳各种标准、协议，提供更为开放的接口，最终大大增加网络的灵活性。另外，802.11n工作模式包含2.4GHz和5.8GHz两个工作频段，保障了与以往的802.11a/b/g标准兼容，极大的保护了用户的投资。