802.11ac协议详解_蔡亿
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
802.11ac的驱动力的一方面来自与有线以太网，另一方面来自于 部署中的应用需求。在有线以太网GE接入渐成主流的大背景下， WIFI需要提供一个与其抗衡的能力，提供一个拥有良好用户感知 和业务体验的大管道。而在实际部署中，现有的802.11n产品也 面临诸多挑战：
1、大带宽需求应用 2、海量的终端接入 3、4G系统的OFFLOAD
2. 3.
基于带宽指示的RTS/CTS
在原来11n的时候，是使用静态的，即发现一个子信道上不可用则整个带宽都 不可用，而在11ac中只有检测到繁忙的子信道不可用，其他子信道仍然可以 发送数据。
802.11n（静态） 802.11ac （动态管理）
帧聚合
802.11MAC层协议耗费了相当的效率用作链路的维护，从而大大降低了系统的吞吐量。 802.11n引入帧聚合技术，提高MAC层效率；
空间流 速度是与空间流的数量成正比的。更多的空间流需要更多的天线，射频连接器以及在 传输和接收端的射频链。天线之间应该相隔1/3 的波长（3/4 英寸）或者更远的距离， 额外的射频链会消耗额外的功率。这导致了许多移动设备将天线的数量限制为一、二 或者三根。
802.11ac关键技术
1）802.11ac 只工作在5GHz 频谱上。这避免了来自于2.4GHz 的干扰，并极大地 刺激了用户将它们的移动设备（和无线接入点）升级到支持双频带，进而使得 5GHz 频谱的使用变得更加普遍。 2）802.11 使用了更高阶的调制，最高到256 阶QAM；额外的信道绑定，最大达 到80MHz 或者160MHz；以及更多的空间流，最多可到8 个。对于发送一个 160MHz 的信号，有另一个替代方法，“80+80”MHz； 3）802.11ac 继承了802.11n 的一些有价值的特性，包括短保护间隔的选择（可 实现10%的性能提升）以及使用高级低密度奇偶校验（LDPC）来转发差错修正码， 以此在一定范围内获得更高的速率。 4） 802.11ac 还有权对于波束成形定义一种单向的信道探测：也就是所谓的显示 压缩反馈。 5）由于802.11ac 拥有更宽的信道带宽，因而一个80MHz 的无线接入点很有可能 与另一个20或者40MHz 或者80MHz以及160MHz的无线接入点的信号-或者他们 中的几个信号重叠，为了保证可靠地操作，802.11ac 要求扩展RTS/CTS 机制，更 强的干净信道评估（CCA）需求以及新的主信道选择规则。
802.11ac协议 wave2版本，工 作频段在5G，支持MU-MIMO最 大速率可达6.9G
1999.9
802.11b协议发布，工作频 段在2.4G，最大速率可达 11Mbps
2003.7
802.11g协议发布，工作频 段在2.4G，最大速率可达 54Mbps
2012
802.11ac协议wave1版本， 工作频段5G，最大速率可 达1.3G
802.11ac关键技术
特殊定义：
very high throughput (VHT) multi-user (MU) physical layer (PHY) protocol data unit (PPDU): A VHT PPDU with a format that is capable of carrying up to four PHY service data units (PSDUs) for up to four users and is transmitted using the downlink multi-user multiple input, multiple output (DL-MU-MIMO) technique. 一种VHT PPDU格式，它可以携带多达4个的功能数据单元(PSDUs)，最多可达4个用户， 并使用DL-MU-MIMO技术传输 very high throughput modulation and coding scheme (VHT-MCS): A specification of the VHT physical layer (PHY) parameters that consists of modulation order (e.g., BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM) and forward error correction (FEC) coding rate (e.g., 1/2, 2/3, 3/4, 5/6) and that is used in a VHT PHY protocol data unit (PPDU). 非常高的吞吐量调制和编码方案(VHT - MCS): VHT物理的一个规范由调制指令组成的层 (非)参数。，BPSK,QPSK,16 - qam,64 - qam,256 -QAM)和正向纠错(FEC)编码 速率(如:1 /2 2/3 3/4 5/ 6)在VHT中使用PHY协议数据单元(PPDU)。
信道化
11ac协议引入了80MHz带宽和160MHz带宽。在11n协议中，可以支持 20MHz和40MHz两种带宽。其中20MHz信道带宽的必选的，40MHz信 道是可选的。在11ac协议中，可以支持20MHz、40MHz、80MHz、 80+80MHz（不连续，非重叠）和160MHz，其中20MHz、40MHz、 80MHz是必选的，80+80MHz和160MHz是可选的。下图为北美频谱为 例，给出了11ac与11n以及11a的对比。需要说明的是160MHz的信道， 可以支持连续的2个80MHz的信道和不连续的连个80MHz的信道
在这些需求的驱动下，802.11ac应运而生；802.11ac是对802.11n 的一个优化和发展
802.11 发展历程
1999.9
8801.11a协议发布，工作 频段在5G，最大速率可达 54Mbps
2009.9
802.11n协议发布，工作频 段在2.4G和5G，最大速率 可以达600Mbps
2013
802.11ac协议详解
蔡亿 2017-10-26
培训目的
让涉及WLAN 应用的相关人员了解802.11ac协议
培训对象 测试工程师 培训讲师 蔡亿 1小时
培训课时
80.2.11ac产生背景 802.11ac关键技术 RTS/CTS 帧聚合 MU-MIMO 帧结构
802.11ac产生背景
MAC header
P1
P2
P3
MAC MPDU header （MAC Protocol Data Unit）
P1
MAC header
P2
MAC header
P3
A-MSDU
PHY Layer
A-MPDU
帧聚合
A-MSDU和A-MPDU的封装过程如上图所示。两种聚合都能提高封装效率， 但是A-MPDU有一个显而易见的好处。当传输过程中发生错误时，A-MSDU 需要对整个聚合的帧重传，而在A-MPDU中每个MPDU都有自己的MAC头， 发生错误时只需要对错误的数据包进行重传，而不需对对整个聚合帧进行重 传。这也是在实际中A-MPDU比A-MSDU用得更多的原因
基于带宽指示的RTS/CTS
11ac支持从20MHz到160MHz的几种不同的信道带宽，这种灵活性也给 信道管理带来挑战。当网络中有不同的带宽的信道在使用时怎么管理这 种状况，以减少信道之间的干扰，并且保证信道得到充分的利用。 由于这个原因，802.11ac定义了增强的RTS/CTS协议，用来协调什么时 候信道可用和哪些信道可用。具体的协调机制如下:
在802.11ac中，为了进一步提高效率和可靠性，增加了MPDU帧的大小和A-MPDU帧的
大小，并且只支持A-MPUD。
Applications
P1
P2
P3
MSDU （MAC Service Data Unit）
P1
P2
P3
P1
P2
P3
MAC processingBiblioteka MAC processing
MAC processing
802.11ac关键技术
802.11ac的速度为何这么快
无线的速度由三个因素驱动：信道带宽，调制模式以及空间流的个数。 802.11ac 在每个方面都进行了深度的改进。 802.11ac 物理层的速度按照下图计算。例如，一个80MHz 频宽的信号，经过 256 阶正交调幅，以短保护间隔的三个空间流发送，速度是 234×3×5/6×8bits/3.6us =1300Mbps
信道化
如果大部分用户部署的还是最大40MHz的802.11n客户端会怎么样？部署 802.11ac是否意味着更少的信道和更多的干扰？
完全允许两个80MHz的802.11ac 无线接入点选择相同的80MHz信道带宽， 但是一个无线接入点将其20MHz主信道置于低40MHz，而另一个无线接 入点将其20MHz主信道置于高40MHz。这意味着与第一个无线接入点相 关联的802.11n的客户端能够向往常一样以20MHz或者40MHz传输，同时 ，关联到第二个无线接入点的802.11n客户端能够并行地以20或者40MHz 传输。对于802.11ac客户端，其具有整个可用的80MHz的可视性来调用超 高速模式，并在整个80MHz内传输。
1. 11ac设备在其使用的信道内以20MHz为单位的子信道内发送RTS。当信道带 宽为80M时，在复制3份充满80MHz；当信道带宽为160MHz时，复制7份充 满160MHz。这样做的好处是，不管周边设备的主信道是80MHz或者 160MHz信道中的任意20MHz都可以侦听到这个RTS报文。每个收到RTS报 文的设备将虚拟载波侦听设为忙； 收到RTS报文的设备会检测其主信道或者80MHz带宽内的其他子信道是否繁 忙。如果信道带宽的一部分被使用，则接收设备只会在CTS帧内响应可用的 20MHz的子带宽，并报告重复的带宽； 在每个可用的20MHz的子信道上回复CTS报文。 这样发送设备就知道了哪些 信道是可用的，哪些信道是不可用的。最终只在可用的子信道上发送数据。
802.11ac关键技术
名词解释： DL-MU-MIMO： downlink multi-user multiple input, multiple output； MPDU：MAC Protocol Data Unit 可理解为经过MAC协议封装的帧，包括MAC帧头 A-MPDU：Aggregate MPDU，MPDU帧聚合 PPDU：PLCP Protocol Data Unit可以理解为PHY层封装的帧，包括PHY帧头和MAC帧 PLCP：Physical Layer Convergence Procedure可以理解为PHY层的编码和封包过程。 NSS：Number of spatial streams 数据 空间流 LTF：Long Training Field；PHY帧头中一个域，用于对接收端进行训练 CCA：Clear Channel Assessment；PHY层用于探测信道占用情况的一个功能 STBC：Space-Time Block Code 空时分组编码，一种可以提高传输质量的编码方式 Beamformer/Beamformee： Beamformer 是准备进行波束成形调整的一方， beamformee 是辅助对方进行波束成形 的一方。
802.11ac关键技术
计算802.11n 和802.11ac 的速度
802.11ac 数据子载波个数
802.11ac关键技术
带宽 将信道带宽增加到80MHz 能够获得2.16 倍的增速，而160MHz 能够额外提供 两倍的增速。但是没有什么是免费的：这样做会消耗更多的频谱资源，并且每 次我们将相同的传输功率分割到两倍的子载波频率来获得两倍的速度时，两倍 速度信号的覆盖范围会稍微减小。 调制方式 从64 阶正交调幅到256 阶正交调幅提供了额外的8/6=1.33 倍增速。彼此靠 近之后，集群点对于干扰噪声更加敏感，因此256 阶正交调幅主要在64 阶正 交调幅已经可靠覆盖的较短范围内有帮助。与64 阶正交调幅相比，256 阶正 交调幅并不需要更多的频谱或者更多的天线。
1、大带宽需求应用 2、海量的终端接入 3、4G系统的OFFLOAD
2. 3.
基于带宽指示的RTS/CTS
在原来11n的时候，是使用静态的，即发现一个子信道上不可用则整个带宽都 不可用，而在11ac中只有检测到繁忙的子信道不可用，其他子信道仍然可以 发送数据。
802.11n（静态） 802.11ac （动态管理）
帧聚合
802.11MAC层协议耗费了相当的效率用作链路的维护，从而大大降低了系统的吞吐量。 802.11n引入帧聚合技术，提高MAC层效率；
空间流 速度是与空间流的数量成正比的。更多的空间流需要更多的天线，射频连接器以及在 传输和接收端的射频链。天线之间应该相隔1/3 的波长（3/4 英寸）或者更远的距离， 额外的射频链会消耗额外的功率。这导致了许多移动设备将天线的数量限制为一、二 或者三根。
802.11ac关键技术
1）802.11ac 只工作在5GHz 频谱上。这避免了来自于2.4GHz 的干扰，并极大地 刺激了用户将它们的移动设备（和无线接入点）升级到支持双频带，进而使得 5GHz 频谱的使用变得更加普遍。 2）802.11 使用了更高阶的调制，最高到256 阶QAM；额外的信道绑定，最大达 到80MHz 或者160MHz；以及更多的空间流，最多可到8 个。对于发送一个 160MHz 的信号，有另一个替代方法，“80+80”MHz； 3）802.11ac 继承了802.11n 的一些有价值的特性，包括短保护间隔的选择（可 实现10%的性能提升）以及使用高级低密度奇偶校验（LDPC）来转发差错修正码， 以此在一定范围内获得更高的速率。 4） 802.11ac 还有权对于波束成形定义一种单向的信道探测：也就是所谓的显示 压缩反馈。 5）由于802.11ac 拥有更宽的信道带宽，因而一个80MHz 的无线接入点很有可能 与另一个20或者40MHz 或者80MHz以及160MHz的无线接入点的信号-或者他们 中的几个信号重叠，为了保证可靠地操作，802.11ac 要求扩展RTS/CTS 机制，更 强的干净信道评估（CCA）需求以及新的主信道选择规则。
802.11ac协议 wave2版本，工 作频段在5G，支持MU-MIMO最 大速率可达6.9G
1999.9
802.11b协议发布，工作频 段在2.4G，最大速率可达 11Mbps
2003.7
802.11g协议发布，工作频 段在2.4G，最大速率可达 54Mbps
2012
802.11ac协议wave1版本， 工作频段5G，最大速率可 达1.3G
802.11ac关键技术
特殊定义：
very high throughput (VHT) multi-user (MU) physical layer (PHY) protocol data unit (PPDU): A VHT PPDU with a format that is capable of carrying up to four PHY service data units (PSDUs) for up to four users and is transmitted using the downlink multi-user multiple input, multiple output (DL-MU-MIMO) technique. 一种VHT PPDU格式，它可以携带多达4个的功能数据单元(PSDUs)，最多可达4个用户， 并使用DL-MU-MIMO技术传输 very high throughput modulation and coding scheme (VHT-MCS): A specification of the VHT physical layer (PHY) parameters that consists of modulation order (e.g., BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM) and forward error correction (FEC) coding rate (e.g., 1/2, 2/3, 3/4, 5/6) and that is used in a VHT PHY protocol data unit (PPDU). 非常高的吞吐量调制和编码方案(VHT - MCS): VHT物理的一个规范由调制指令组成的层 (非)参数。，BPSK,QPSK,16 - qam,64 - qam,256 -QAM)和正向纠错(FEC)编码 速率(如:1 /2 2/3 3/4 5/ 6)在VHT中使用PHY协议数据单元(PPDU)。
信道化
11ac协议引入了80MHz带宽和160MHz带宽。在11n协议中，可以支持 20MHz和40MHz两种带宽。其中20MHz信道带宽的必选的，40MHz信 道是可选的。在11ac协议中，可以支持20MHz、40MHz、80MHz、 80+80MHz（不连续，非重叠）和160MHz，其中20MHz、40MHz、 80MHz是必选的，80+80MHz和160MHz是可选的。下图为北美频谱为 例，给出了11ac与11n以及11a的对比。需要说明的是160MHz的信道， 可以支持连续的2个80MHz的信道和不连续的连个80MHz的信道
在这些需求的驱动下，802.11ac应运而生；802.11ac是对802.11n 的一个优化和发展
802.11 发展历程
1999.9
8801.11a协议发布，工作 频段在5G，最大速率可达 54Mbps
2009.9
802.11n协议发布，工作频 段在2.4G和5G，最大速率 可以达600Mbps
2013
802.11ac协议详解
蔡亿 2017-10-26
培训目的
让涉及WLAN 应用的相关人员了解802.11ac协议
培训对象 测试工程师 培训讲师 蔡亿 1小时
培训课时
80.2.11ac产生背景 802.11ac关键技术 RTS/CTS 帧聚合 MU-MIMO 帧结构
802.11ac产生背景
MAC header
P1
P2
P3
MAC MPDU header （MAC Protocol Data Unit）
P1
MAC header
P2
MAC header
P3
A-MSDU
PHY Layer
A-MPDU
帧聚合
A-MSDU和A-MPDU的封装过程如上图所示。两种聚合都能提高封装效率， 但是A-MPDU有一个显而易见的好处。当传输过程中发生错误时，A-MSDU 需要对整个聚合的帧重传，而在A-MPDU中每个MPDU都有自己的MAC头， 发生错误时只需要对错误的数据包进行重传，而不需对对整个聚合帧进行重 传。这也是在实际中A-MPDU比A-MSDU用得更多的原因
基于带宽指示的RTS/CTS
11ac支持从20MHz到160MHz的几种不同的信道带宽，这种灵活性也给 信道管理带来挑战。当网络中有不同的带宽的信道在使用时怎么管理这 种状况，以减少信道之间的干扰，并且保证信道得到充分的利用。 由于这个原因，802.11ac定义了增强的RTS/CTS协议，用来协调什么时 候信道可用和哪些信道可用。具体的协调机制如下:
在802.11ac中，为了进一步提高效率和可靠性，增加了MPDU帧的大小和A-MPDU帧的
大小，并且只支持A-MPUD。
Applications
P1
P2
P3
MSDU （MAC Service Data Unit）
P1
P2
P3
P1
P2
P3
MAC processingBiblioteka MAC processing
MAC processing
802.11ac关键技术
802.11ac的速度为何这么快
无线的速度由三个因素驱动：信道带宽，调制模式以及空间流的个数。 802.11ac 在每个方面都进行了深度的改进。 802.11ac 物理层的速度按照下图计算。例如，一个80MHz 频宽的信号，经过 256 阶正交调幅，以短保护间隔的三个空间流发送，速度是 234×3×5/6×8bits/3.6us =1300Mbps
信道化
如果大部分用户部署的还是最大40MHz的802.11n客户端会怎么样？部署 802.11ac是否意味着更少的信道和更多的干扰？
完全允许两个80MHz的802.11ac 无线接入点选择相同的80MHz信道带宽， 但是一个无线接入点将其20MHz主信道置于低40MHz，而另一个无线接 入点将其20MHz主信道置于高40MHz。这意味着与第一个无线接入点相 关联的802.11n的客户端能够向往常一样以20MHz或者40MHz传输，同时 ，关联到第二个无线接入点的802.11n客户端能够并行地以20或者40MHz 传输。对于802.11ac客户端，其具有整个可用的80MHz的可视性来调用超 高速模式，并在整个80MHz内传输。
1. 11ac设备在其使用的信道内以20MHz为单位的子信道内发送RTS。当信道带 宽为80M时，在复制3份充满80MHz；当信道带宽为160MHz时，复制7份充 满160MHz。这样做的好处是，不管周边设备的主信道是80MHz或者 160MHz信道中的任意20MHz都可以侦听到这个RTS报文。每个收到RTS报 文的设备将虚拟载波侦听设为忙； 收到RTS报文的设备会检测其主信道或者80MHz带宽内的其他子信道是否繁 忙。如果信道带宽的一部分被使用，则接收设备只会在CTS帧内响应可用的 20MHz的子带宽，并报告重复的带宽； 在每个可用的20MHz的子信道上回复CTS报文。 这样发送设备就知道了哪些 信道是可用的，哪些信道是不可用的。最终只在可用的子信道上发送数据。
802.11ac关键技术
名词解释： DL-MU-MIMO： downlink multi-user multiple input, multiple output； MPDU：MAC Protocol Data Unit 可理解为经过MAC协议封装的帧，包括MAC帧头 A-MPDU：Aggregate MPDU，MPDU帧聚合 PPDU：PLCP Protocol Data Unit可以理解为PHY层封装的帧，包括PHY帧头和MAC帧 PLCP：Physical Layer Convergence Procedure可以理解为PHY层的编码和封包过程。 NSS：Number of spatial streams 数据 空间流 LTF：Long Training Field；PHY帧头中一个域，用于对接收端进行训练 CCA：Clear Channel Assessment；PHY层用于探测信道占用情况的一个功能 STBC：Space-Time Block Code 空时分组编码，一种可以提高传输质量的编码方式 Beamformer/Beamformee： Beamformer 是准备进行波束成形调整的一方， beamformee 是辅助对方进行波束成形 的一方。
802.11ac关键技术
计算802.11n 和802.11ac 的速度
802.11ac 数据子载波个数
802.11ac关键技术
带宽 将信道带宽增加到80MHz 能够获得2.16 倍的增速，而160MHz 能够额外提供 两倍的增速。但是没有什么是免费的：这样做会消耗更多的频谱资源，并且每 次我们将相同的传输功率分割到两倍的子载波频率来获得两倍的速度时，两倍 速度信号的覆盖范围会稍微减小。 调制方式 从64 阶正交调幅到256 阶正交调幅提供了额外的8/6=1.33 倍增速。彼此靠 近之后，集群点对于干扰噪声更加敏感，因此256 阶正交调幅主要在64 阶正 交调幅已经可靠覆盖的较短范围内有帮助。与64 阶正交调幅相比，256 阶正 交调幅并不需要更多的频谱或者更多的天线。