802.11n下一代无线局域网技术

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表2：主要IEEE 802.11规范
802.11a 标准批准时间 最大数据传输率 调制技术 射频频带 空间流数量 信道宽度 1999年7月 54Mbps OFDM 5GHz 1 20MHz 802.11a 1999年7月 11Mbps DSSS或CCK 2.4GHz 1 20MHz 802.11g 2003年6月 54Mbps DSSS或CCK或 OFDM 2.4GHz 1 20MHz 802.11n 尚未批准 600Mbps DSSS或CCK或 OFDM 2.4GHz或5GHz 1、2、3或4 20MHz或40MHz
不用说，40MHz信道没有为在同样频带加入网络 或发送信息的其他设备留出多少空间。这意味着智 能动态管理非常重要，为了保证40MHz信道选项能 改善整个WLAN性能，就要在其他客户端需要保持 网络连接的情况下权衡某些客户端的高带宽需求。 本白皮书包含802.11n草案规范的众多主要的强 制性或可选功能，当然，不会事无巨细都涵盖。举 例来说，草案n硬件的其他可选功能还有高吞吐率复 制模式(high-throughput duplicate mode)和短保护区间 （short guard interval），高吞吐率复制模式有助于扩 大网络覆盖范围，短保护区间进一步降低系统管理 开销，以此改善效率。 有了所有可选模式和回馈（back-off）的选项， 功能和相应数据传输率的可能组合多得令人吃惊。 确切地说，目前的802.11n草案规定了576个可能的数 据传输率配置。802.11g规定了12个可能的数据传输 率，802.11a和802.11b分别规定了8个和4个。
表1：802.11n草案的主要组成部分
功能 更好的OFDM 空分多路复用 分集
定义 支持更高带宽和更高码率，把最大数据传输率提高到65Mbps 把数据分割成多个流，通过多单元天线发送，以此改善性能 利用多单元天线改善覆盖范围和可靠性。通常用于接收端天线 数量多于被发送的空间流数量时 MIMO省电 只在需要时才使用多单元天线，以此降低MIMO功耗 40MHz信道 把信道带宽从20MHz加倍到40MHz，使数据传输率有效加倍 聚集 允许在系统开销通信间突发传送多数据包，以此改善效率 精简帧间间隔（RIFS） 用来提高效率的几个草案n功能之一。在OFDM传输间提供比 802.11a或g更短的延迟 绿场模式 在全草案n网络取消对802.11a/b/g设备的支持，以此改善效率 草案n规范有两个功能是为改善MIMO性能设 计的，一个叫聚束（beam-forming），一个叫分集 （diversity）。聚束是一个把无线电信号直接聚向目 标天线，从而降低干扰，改善覆盖范围和性能的技 术。 分集利用多单元天线，如果天线在数量上多于 接收空间流所需的天线，则把多个天线的输出组合 在一起或者选择天线的最佳子集。这个功能非常重 要，因为草案n规范最多支持四个天线，所以设备 可能会遇到装有不同数量天线的其他设备。举例来 说，带两个天线的笔记本电脑可能会连接到带三个 天线的接入点。在这个例子中，即使接入点能支持 三个空间流，也只能用两个空间流。 有了分集，就可以很好地利用多余的天线。天线 较多的设备可利用多余的天线覆盖更大的范围。举 例来说，两个天线的输出可以组合起来接收一个空 间流，获得更远的传输距离。这个概念也可以扩展 到把三个天线的输出组合起来接收两个空间流，获
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戏和网络附加存储等。 VoIP正在快速发展，消费者和企业都清楚：用互 联网代替传统电话业务可以在打长途时省钱。一个 日益流行的拨打互联网电话的方式是用VoIP电话， 这是用电池供电的话机，一般靠内置的802.11b或 802.11g连接互联网。虽然电话通信需要可靠的网络 连接，但是并不需要高带宽。802.11b和802.11g的功 耗都低于MIMO模式的802.11n，而单流802.11n也许 会在VoIP电话中流行。今天，VoIP电话可从草案n接 入点增强的覆盖范围和可靠性中获益。 和IP电话的情况一样，流式音乐也是一个能够进 入家庭的需要高可靠连接的应用。成千上万的消费 者通过拷贝CD唱片和在互联网上购买数字录音，在 他们的个人电脑里建立了数字音乐库。此外，越来 越多的流式音乐是从互联网上直接下载的。 随着数字音乐收藏的增多，越来越多的消费者发 现他们希望能通过起居室的立体声音响或其他房间 的音乐播放器来听音乐。虽然更高带宽并非绝对必 要，但是草案n提供的更大覆盖范围和更高的可靠性 可能比上一代WLAN硬件更适合流式音乐。 游戏是一个日益用到家庭WLAN的应用，无论用 户是用电脑或便携式游戏机无线连接互联网，还是 用WLAN网络和家人打游戏。 一个需要802.11n所能提供的一切——高数据传输 率、覆盖范围和可靠性——的发展中的应用是网络 附加存储（NAS）。NAS作为一种经济、易用的数 据备份替代方法受到企业欢迎。近来，随着用户希 望保护他们越来越多的数字相册不致因硬盘损坏而 丢失，以及随着整套NAS备份系统售价下降到远远 低于1000美元，NAS正在进入小型办公室甚至一些 家庭。NAS令人兴奋的新应用正在出现，比如需要 可靠的高带宽连接的视频存储中心，可向家里的电 视、电脑流播预先录制的电视节目、音乐视频和整 部故事片。 为了方便出门时观看，需要把个人录像机预先录 制的电视节目等大文件拷贝到笔记本电脑或便携式 媒体播放机中，而通过较早的WLAN做这件事需要 提早准备和耐心。图1比较了拷贝30分钟视频文件需 要的时间。在最高数据传输率，用802.11b拷贝文件 需要42分钟，用双天线草案n客户端不到一分钟。 从草案n标准承诺的更高原始数据传输率中获益 最多的可能是企业。白领员工逐渐习惯了办公室 有WLAN的好处。他们可以把笔记本电脑带到会议 室、同事的办公桌甚至休息区，同时仍可访问电子 邮件、即时消息、互联网和企业数据。 但是一些日常应用，比如从集团服务器拷贝大文 件、访问企业数据库和系统备份，如果通过54Mbps WLAN来做，可能会慢得令人心焦。对于这种大流
提高吞吐率和数据传输率
802.11n草案的另一个可选模式是把WLAN信道 带宽从20MHz加倍到40MHz，从而有效地把数据传 输率提高一倍。这里需要权衡的主要是供其他设备 使用的信道会减少。2.4GHz频带有足够的空间容纳 三个不重叠的20MHz信道（见表1）。 规范状态 强制性 最多可选四个空间流 最多可选四个天线 必备 可选 必备 必备 目前可选
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802.11n：下一代无线局域网技术
来源：onewires
概述
过去几年，人们对无线局域网（WLAN）硬件的 需求有了显著的增长，无线局域网很快从新奇的技 术发展成为生活必需品。 迄今，推动WLAN需求增长的主要人群是在工 作单位联网和在家或咖啡馆、机场、酒店等公共集 中场所上网的笔记本电脑用户。所以Wi-Fi技术最 常见于笔记本电脑和互联网接入装置，如路由器和 DSL或电缆调制解调器。实际上，现在销售的笔记 本电脑90%以上都内置了WLAN。 Wi-Fi普及率的提高有助于这项技术拓展到电脑 以外，进入互联网电话、音乐流播、游戏、甚至照 片欣赏和家庭视频传送等消费电子应用。加速这一 发展趋势的还有把内容集中起来供全家欣赏的个人 录像机和其他AV存储专用设备。 这些新用途，再加上普通WLAN用户的增多，使 现有Wi-Fi网络越来越力不从心。所幸，有一个解决 方案就在面前。行业已经就802.11n的各组成部分达 成了协议。802.11n是一个WLAN新标准，承诺提供 更高的数据传输率和可靠性。IEEE标准团体正在敲 定该标准的最后细节。虽然预计该规范要到2009年 才能最后定稿，但是由于已经通过了IEEE的正式审 核过程，所以这个草案已证明是相当稳定的。 与此同时，符合802.11n草案的硬件已开始面市， 消费者可抢在标准之前建立高速无线网络，既保证 高速互操作性，同时又仍可支持现有WLAN硬件。
802.11n：选项菜单
802.11n规范和以往WLAN标准的不同之处在于它 规定了具有不同最大原始数据传输率的多种可选模 式和配置。该标准既为802.11n设备规定了基本性能 参数，同时又允许厂商增强或调整性能，以适应不 同的应用和价位。如果启用所有可选项，802.11n可 能会提供最高600Mbps的原始数据传输率。
2003年6月，IEEE批准了802.11g，该标准把 OFDM调制技术用在了2.4GHz频带。它集合了两者 的优点：在和流行的802.11b相同的射频频带上提供 最高54Mbps的数据传输率。基于802.11g的WLAN硬 件很快受到寻求更高带宽的消费者和企业追捧。事 实上，消费者非常渴望能有一个替代802.11b的高性 能技术，以致他们在标准尚未最终定稿前一年左右 就开始购买WLAN客户端和接入点硬件。 随着技术的改进，在同一芯片组中既支持2.4GHz 又支持5GHz越来越容易、越来越经济，双频硬件也 就越来越常见。 现在，和802.11g草案现象相似的情景又出现 在了802.11n上。行业在2006年初达成了有关高速 802.11n标准所包含功能的实质性协议。尽管标准 可能要到2009年才能批准，但是该规范已经非常稳 定。
更好的OFDM
802.11n草案支持改进的OFDM，即用更高的最大 码率和略宽的带宽改进802.11a/g标准所用的OFDM。 这个改变可把可达到的最高原始数据传输率从现行 标准的54MbMIMO改善性能
MIMO利用了一个叫多径的无线电波现象：被 发送的信息从墙壁、门和其他物体反射回，通过不 同路径在略有不同的时间内多次到达接收天线。 不受控制的多径使原始信号失真，难以译解，降 低了Wi-Fi的性能。MIMO用一个叫空分多路复用 (space-division multiplexing)的技术来利用“多 径”。发送信息的WLAN设备实际上把数据流分割 成叫空间流（spatial streams）的多个部分，每个空 间流通过不同的天线被发送到接收端的相应天线。 得更高的数据传输率和覆盖范围。 分集并不局限于802.11n甚至WLAN。它可用于改 善任何无线电通信。事实上，分集已用在一些现有 的802.11a、802.11b和802.11g硬件里，用于选择两个 天线中最好的。
表2比较了IEEE 802.11的主要规范。
草案n设备和802.11g、802.11a硬件共存要容易得 多，因为它们都采用OFDM。虽然如此，规范仍有
和今天的WLAN共存
802.11n草案规范是在以前标准的基础上制定的， 旨在保证和目前在用的2亿多件Wi-Fi设备兼容。草 案n接入点将用5GHz频带和802.11a设备通信，用 2.4GHz频带和802.11b、802.11g硬件通信。除了设备 之间的基本互操作性外，802.11n还为混合模式提供 了高于802.11g所提供的网络效率。 网络效率基本上和发送数据的可用带宽成正比， 和管理网络通信的系统开销（overhead）或协议成反 比。无线环境比有线网络更难协调组织，因此通常 需要更多的系统开销，以保证发送的数据确实被收 到，保证其他客户端在发送数据期间让信道开放。 由于存在802.11b节点，所以在2.4GHz频带下通 信有些困难，因为这个较早的标准不认识802.11g和 草案n所用的OFDM。这意味着OFDM客户端如果 想在存在802.11b客户端的环境通信，就至少需要 使用这个老标准的通信协议，才能保护更高速率的 OFDM数据传送。这会大大降低网络效率，因为用 802.11g和草案n发送数据包所用的时间远远短于在 802.11b标准下发送的时间。 一些WLAN芯片组供应商，如博通公司 （Broadcom），设计了改善802.11b/g混合网络效率 的创新方案。幸运的是，这个问题在草案n规范里被 完全解决了。 草案n规范改善混合模式性能的一个最重要的功 能是汇聚（aggregation）。发送数据的客户端不是发 送单个数据帧，而是把几个数据帧捆绑在一起。因 此，汇聚通过提高发送数据的时间比而改善效率。 一些功能用于提高纯OFDM网络的效率。精简帧间 间隔（RIFS）就是这样一个功能，可缩短数据传输 间的延迟。 为获得优良性能，草案n规范规定了一个叫绿场 （greenfield）模式的模式，在这个模式，网络可被 设置成忽略所有的早期标准。在802.11n最终草案里 绿场模式是成为强制功能还是可选功能目前还不明 朗，但是很可能会成为可选功能。 在现实中，一段时间内，用电池供电的WLAN硬 件仍将继续以802.11g甚至802.11b为基础。不过，草 案n规范尽管加入了改善的效率，也难以消除802.11b 的所有障碍。这意味着期待优良网络性能的消费者 可能要考虑更新他们网络中的802.11b WLAN硬件。
消费级应用需要802.11n
因为802.11n承诺更高的带宽、更大的覆盖范围和 更好的可靠性，所以适合多种网络配置。而且随着 新兴的网络应用进入家庭，越来越多的消费者最终 会认为802.11n不仅是对现有网络的增强，而且是必 不可少的。 由于多数互联网连接速度低于5Mbps，所以只是 通过WLAN上网的消费者不会不满意现有网络，至 少是在短距离使用时。不过，即使这类消费者也会 对升级到草案n WLAN硬件所带来的覆盖范围和可靠 性提高感到惊喜。一些推动802.11n需求的当前和新 兴应用包括IP电话（VoIP）、流式视频与音乐、游
Wi-Fi标准比较
第一个被市场接受的WLAN标准是802.11b，该 标准采用一个叫补码键控（CCK）的调制技术提供 最高11Mbps的原始数据传输率，该标准还支持早期 802.11规范的直接序列扩频（DSSS）。和802.11b 标准差不多同时推出的802.11a标准采用了一个叫正 交频分多路复用（OFDM）的更有效的传输方法。 OFDM支持最高54Mbps的原始数据传输率，这正是 802.11a的最高数据传输率。尽管802.11a有更高的数
据传输率，但它没有成为802.11b的接班人，因为它 采用了和802.11b不兼容的射频频带：5GHz，802.11b 采用2.4GHz。
注：所有WLAN标准都规定了多个传输速率选项，以便 在通信受环境干扰的时候，网络可降速到较低的数据传 输率（更容易维持）。在大多数良好环境里，802.11a和 802.11b分别支持最高54Mbps和11Mbps的数据传输率。