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思科无线-802.11ac-第五代Wifi技术白皮书
发布时间:2023-09-16 08:18

802.11ac : 第五代Wi-Fi 技术

Aug, 2012

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)》,请复制链接到浏览器中查看: www.nj-dt.com/en_wp_high_density_access_experience_hdx

802.11ac:第五代Wi-Fi技术白皮书802.11ac:第五代Wi-Fi技术

1.概要 (3)

2.什么是802.11AC? (5)

2.1802.11AC的驱动力 (5)

2.2802.11AC的速度为何这么快? (6)

2.3我们如何保证802.11AC的健壮性? (9)

2.3.1 技术综述 (9)

2.3.2 802.11ac和802.11n的区别 (11)

2.3.3 基于标准的波束成形 (13)

2.3.4 基于带宽指示的RTS/CTS (14)

2.3.5 所有的A-MPDU (16)

2.3.6 信道化和80+80MHz (17)

2.3.7 数据速率与覆盖范围 (21)

2.3.8 频谱管制 (22)

2.3.9 多用户MIMO (23)

2.3.10 802.11ac项目授权请求 (24)

3. 802.11AC什么时候才会到来? (25)

4. 802.11AC如何影响我们? (26)

4.1兼容性 (26)

4.2什么时候更新到802.11AC? (28)

4.3无线电资源管理和无线入侵保护系统(WIPS)效果 (29)

5. 总结 (29)

附录:什么是802.11N? (30)

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802.11ac:第五代Wi-Fi技术白皮书

1.概要

802.11ac作为IEEE的新标准借鉴并更进一步地优化了802.11n的优点。802.11ac是一个更快且更易扩展的802.11n版本。802.11ac结合了无线技术的灵活与千兆以太网的高容量。

无线局域网站点中每个无线接入点所用支持的用户数量会获得极大的改进,每个用户能够拥有更好的体验,并且能够为更多的并行视频流提供更多的可用带宽。

即使当网络没有满载时,用户也能看到好处:文件下载及电子邮件的同步能够达到低延迟的千兆速度。此外,由于设备的WiFi接口能够被及时唤醒,与无线接入点交换数据后更快地进入待机状态,设备的电池寿命也被延长了。

802.11ac通过三个方面的进步来达到它的基础速度:

●更多的信道带宽绑定,从802.11n的最大40MHz增加到如今的80 MHz甚至160MHz

(分别达到117%或者333%的增速)

●密集调制模式,从802.11n的64阶正交调幅(QAM)到如今的256阶正交调幅

(QAM)(在小范围内达到33%的增速,覆盖范围仍然不变)

●更多的多输入多输出(MIMO)空间流。鉴于802.11n只有四个空间流,802.11ac能够

达到8个空间流(达到100%的增速)。

迫使802.11n产品使用一个,两个或者三个空间流设计的经济性因素同样对802.11ac产品适用,因此我们能够预期类似产品的推出,第一代802.11ac产品可实现80MHz信道绑定并在物理层提供433Mbps(低端),867Mbps(中端),或者1300Mbps(高端)的数据速度。第二代产品会保证使用更多的信道绑定及更多的空间流,通过合理的配置能够实现3.47Gbps的数据速度。

802.11ac只能在5GHz频谱运行,所以双频段的无线接入点和客户端会继续在2.4GHz上使用802.11n。当然,802.11ac客户端能够在不太拥挤的5GHz频谱工作。

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802.11ac:第五代Wi-Fi技术白皮书第二代802.11ac产品还会推出一种新的技术,多用户MIMO(MU-MIMO)。802.11n就像一个以太网的集线器,在一个时间点只能向所有接口转发一个帧,MU-MIMO允许一个无线接入点在一个时间点使用相同的频带向多个用户发送多个帧。没错:通过多个天线以及智能算法,一个无线接入点能够表现的像是一台无线交换机。尽管有一些技术限制,对于智能手机及平板电脑之类只有一根天线的设备,MU-MIMO尤其适合自带设备(BYOD)的应用场合。

802.11ac产品是IEEE和WiFi联盟的努力成果。2012年1月,IEEE发布了802.11ac 2.0版本的修正草案,在同年的5月份发布了3.0版本的草案,最终版计划于2013年发布。与此同时,WiFi联盟有望根据一份早期的IEEE草案,很有可能是3.0版本的草案,将其作为2013年早些时候第一代产品互操作认证的基础。之后,在802.11ac的批准日期(即2013年12月之后),WiFi联盟有望更新802.11ac的认证,包括测试更多802.11ac的高级特性。第二波认证应该会包括诸如信道绑定到160MHz,四个空间流以及MU-MIMO等特性。总之,这些安排会紧紧跟随802.11ac产品的推出。

考虑到WiFi架构的投资,企业网络有两个好的选择:(1)购买802.11n的无线接入点,因为他们是目前就能够提供卓越性能的产品,而且802.11n客户端已经被广泛地部署了,或者(2)等待802.11ac的无线接入点来实现最先进的性能。当然为了避免等待,您还有第三个选择(3):购买模块化的802.11n 无线接入点,例如思科 Aironet 3600 无线接入点,该设备能够现场升级到802.11ac。

与此同时,消费级别的产品可能会在更早的时候,于2012年内发布,这早于WiFi联盟的认证进程。然而,我们强烈建议所有期望获得高兼容性的企业等待WiFi联盟认证后再购买(即2013年)。

即使不立刻升级到802.11ac,802.11ac的到来也会对现存的802.11a/11n部署有些新的影响:(1)邻居无线接入点拥有更宽的信道带宽需要更新无线电资源测量,即RRM(尤其是动态信道分配算法)的方法,(2)802.11a/11n无线入侵保护系统(WIPS)能够继续解

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802.11ac:第五代Wi-Fi技术白皮书码大部分的管理帧,例如信标和探测请求/响应帧(因为它们总是以802.11a的格式发送),但是无法识别使用新的802.11ac包格式发送的数据帧。

不用担心兼容性的问题。802.11ac被深度地设计成能够有效地与现有的802.11a/n设备共存,拥有强大的载波侦听,一个新的前导符作为有效的802.11a前导符与802.11a/n设备兼容,以及对于请求发送/清除发送(RTS/CTS)的扩展来帮助避免与在相近信道工作的用户间的冲突。

2.什么是802.11ac?

首先,802.11ac是802.11n的演进。如果你想更多地了解802.11n请跳转到附录。如果你已经熟悉了802.11n引入的信道绑定、MIMO以及聚合概念并且不需要复习这些内容的话请继续阅读本文。

2.1 802.11ac的驱动力

802.11ac是对802.11n的一种改进和发展。802.11ac的其中一个目标是提供与千兆以太网络相比肩的高性能:

●看似“瞬间完成”的数据传输体验

●一个足够大的管道来很容易地提供高质量的体验(QoE)

其在消费领域的目标是多个信道的高清内容能够被传送到房间的每个角落。然而企业网络则面临不同的挑战:

●交付企业级速度和延迟的网络

●每个无线接入点提供高密度用户接入环境

o BYOD的趋势使得每个员工可能携带两个甚至三个802.11设备并在同一时刻让它们消耗网络的资源

●日益增长的视频流量

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802.11ac:第五代Wi-Fi技术白皮书802.11ac可以在苛刻的负载下使得无线接入点服务的每个客户获得卓越的体验。

同时802.11设备组成广泛,它们中的很多设备受到成本、电源和体积限制。对于这些设备来说,通常使用一根天线,但是对于802.11ac还必须仍然能够提供峰值效率。

802.11ac一个显著特点是利用了过去6年多硅芯片技术的改进来实现:信道带宽更宽,调制更加密集,无线接入点能够集成更多的功能。

图1. 802.11ac如何加速802.11n

2.2 802.11ac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,如图1所示。

从数学的角度,802.11ac物理层的速度按照表1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。

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802.11ac:第五代Wi-Fi技术白皮书表1. 计算802.11n和802.11ac的速度

我们能够马上看到,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(总的来说是好的)。

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。

然后,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。

总体来讲,这三个加速手段显著提升了速度。从图2和表2中看到,802.11ac的产品最少比相应的802.11n产品快了4.4倍,第一代中端及高端802.11ac产品比相应的802.11n产品快了将近3倍,达到1.3Gbps的物理层数据速率。实际的吞吐能力将会由MAC层效率(很少大于70%)以及链路两端设备的能力决定。

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802.11ac:第五代Wi-Fi技术白皮书图2. 基于802.11物理层改进的思科无线接入点

表2. 802.11a,11n以及11ac的主要数据速率

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802.11ac:第五代Wi-Fi技术白皮书

2.3 我们如何保证802.11ac的健壮性?

产品包装盒上描述最大数据速率的标签并不适用于现实世界,原因有很多,诸如设备会受到来自非802.11设备的干扰,早期的无线接入点只能使用20MHz或者40MHz频宽,多路径衰退,移动设备只拥有少量的天线,接收范围内的信号很弱等。802.11ac的基本速度之所以这么有价值是因为其扩展性能够在实际环境下提供可靠的吞吐量。

2.3.1 技术综述

基于设计,如表3所示,802.11ac意图只工作在5GHz频谱上。这避免了来自于2.4GHz的干扰,包括蓝牙耳机,微波炉等,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。这一选择也简化了IEEE的进程,避免了802.11和802.15支持者之间关于频谱的争论。无论如何在2.4GHz 频谱上都无法达到单信道80MHz带宽。

就如我们已经看到的那样,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

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802.11ac:第五代Wi-Fi技术白皮书个160MHz的信号,有另一个替代方法,称为“80+80”MHz,我们将在之后讨论(见2.3.6小节)。

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。这些LDPC码被设计为802.11n的LDPC码的更新扩展,因此产品研发人员能够很容易地扩展他们现有的硬件设计。

尽管有多种空时分组码(STBCs)是可选的,但是(1)该列表是从802.11n丰富功能集的列表中精简下来的,(2)STBC是波束成形技术的冗余。802.11n定义了核心的2×1和4×2的STBC模式,以及3×2和4×3作为扩展模式,但是扩展模式在带来额外复杂性的同时只能提供少量的增益,并且没有成型的产品。实际上,只有最基本的2×1模式被WiFi联盟认证了。基于这一经验,802.11ac只定义了核心的2×1,4×2,6×3和8×4的STBC模式,同样的只有2×1模式有望被产品化:如果你有一台拥有四根天线的无线接入点,当你可以使用波束成形获得更大增益时,为什么你会对4×2的STBC模式感到满意?

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。虽然是可选项,如果一个产品研发者想要提供基于标准的波束成形的好处,他别无选择地只能选择此单个机制,然后进行互操作性的测试。

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