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无线局域网络新标准802_11n及其应用

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*　2007-04-07收到,2007-05-17改回**王变变,女,1964年生,高级工程师,研究方向:计算机教育,微机应用。

文章编号:1003-5850(2007)07-0069-04无线局域网络新标准802.11n 及其应用New Standard 802.11n of Wireless Local Ar ea Network and its Application王变变 贺　鹰(山西教育信息中心　太原　030001)(北方自动控制技术研究所　太原　030006)【摘　要】介绍了无线局域网络新标准802.11n 的发展现状,对其物理层、MAC 层优化技术、智能天线及软件无线电等关键技术和性能进行了分析,并给出了基于现有草案标准产品的开发和应用情况。

【关键词】WLAN,802.11n,OFDM,智能天线,MIMO中图分类号:TP 393.1文献标识码:AABSTRACT T his pa per intr oduces the car rent sit uat ion of new standard 802.lln of Wir eless local networ k,analyses the key techniques and per for mance of its physique layer ,MAC layer opt imization t echnique ,intelligent antenna and softwar e r adio etc .,and gives the development of pr oduits based on existent draft sta ndar d and t heir a pplication.KEYWORDS WLAN,standar d 802.11n,OF DM,intelligent antenna ,MIM O 自从1997年6月,全球第一个无线局域网标准IEEE 802.11制定以来,揭开了无线局域网发展的序幕。

在随后的时间里,相继推出了IEEE802.11b 、IEEE 802.11a 、IEEE 802.11g 等标准,传输速度不断提升,成本进一步下降,使得无线局域网逐渐深入人心,得到越来越广泛的应用。

但从目前IEEE802.11总的发展情况来看,带宽不足、传输速度慢、漫游不方便、网管不强大等问题,依然是制约无线局域网发展的瓶颈。

1　802.11n 标准的发展现状为了推动无线局域网的进一步发展,真正实现高带宽、高质量的WLAN(无线局域网络)服务,使无线局域网达到以太网的性能和应用水平,2003年IEEE 组建了802.11n 工作组开始制定一项新的高速无线局域网标准802.11n ,并于2003年9月召开了首次会议,2007年1月,802.11n 工作组在英国伦敦举行了第101次会议,通过了修改后的802.11n 草案1.10版本。

预计今年年初将完成2.0版草案并投票表决,顺利的话在5月底将生成3.0版本草案,之后的最终规范很可能要到2008年10月左右才会最终通过。

802.11n 作为一种全新的无线网络协议,尽管目前还没有得到IEEE 的正式批准,但不少厂商已经推出了多种基于802.11n 的无线网络产品。

这样做的理由有两点:一是这些厂商认为802.11n 代表了未来无线局域网络技术上的先进性,其传输速度、覆盖范围和兼容性等方面,和先前的各类相关标准相比均具有质的飞跃。

二是它们计划在标准正式通过之前尽快占领产品市场,为提高自身知名度和日后的大举进军作市场准备。

2　802.11n 标准采用的关键技术802.11n,对以往的802.11标准进行了全面改进。

在物理层,综合采用了OFDM(正交频分复用)调制和MIMO (多输入多输出)等先进技术并加以融合,使无线网络的传输速度提高到100Mb/s ～600Mb/s;智能天线及传输技术,使无线网络的传输距离大大增加,可以达到数公里;独特的双频带工作模式(包含2.4GHz 和5GHz 两个工作频段),保障了与以往802.11a /b /g 等标准的兼容。

在MA C 链路层,采用了高性能无线传输技术提升了MAC 层性能,进一步优化了数据帧结构,提高了网络吞吐量。

2.1　物理层关键技术2.1.1　OFDM(正交频分复用)技术图1　OF DM 技术解析图OFDM 技术是MCM (Multi -Carrier Modulation ,多载波调制)的一种,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,同时提高频谱利用率的技术。

尽管同单载波系统相比,OFDM 还存在一些缺点,例如易受频率偏差的影响,存在较高的峰值平均功率比(PAR ),但通过结合时空编码、分集、干扰(包括符号间干扰ISI 和邻道干扰ICI)抑制以及智能天线技术,可以最大程度地提高物理层的可靠性。

如再结合自适应调制、自适应编码以及动态子载波分配、动态比特分配算法等技术,可以使其性能进一步优化。

目前OFDM 技术已经被广泛应用于广播式的音频、视频领域和民用通信系统中,主要的应用包括:非对称的数字用户环路(ADSL )、ET SI 标准的数字音频广播(DAB)、数字视频广播(DVB)、高清晰度电视(HDT V )、无线城域网、无线局域网,甚至3G 的CDMA 也开始引入OFDM 技术思想以提升其性能。

2.1.2　MIMO 多重输入多重输出技术(Multiple Input MultipleOutput)MIMO (发音为my -mo ),全称为MultipleInputMultiple Output,是指使用超过一个天线来传输和接收同一频道内的两个或多个独立数据流的无线技术。

它具有长距离以及吞吐量大的特点,它也是目前802.11n 标准的最主要组成元素。

除了多天线技术,MIMO 还通过特殊的软件,实现接入点的多路输出以及客户端多路接收和解码,数据可以在很长的距离以及存在冲突复杂的环境中实现稳定的传输。

现代信息论表明:对于发射天线数为N ,接收天线数为M 的多入多出(MIMO )系统,假定信道为独立的瑞利衰落信道,并设N 、M 很大,则信道容量C 近似为公式C =[min (M ,N )Blog 2(Q /2)](其中B 为信号带宽,Q 为接收端平均信噪比,min (M ,N )为M ,N 的较小者)。

上式表明,MIMO 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。

在瑞利衰落信道环境下,OFDM 系统非常适合使用MIMO 技术来提高容量。

采用多输入多输出(MIMO)系统是提高频谱效率的有效方法。

我们知道,多径衰落是影响通信质量的主要因素,但MIMO 系统却能有效地利用多径的影响来提高系统容量。

系统容量是干扰受限的,不能通过增加发射功率来提高系统容量。

而采用MIMO 结构不需要增加发射功率就能获得很高的系统容量。

2.1.3　OFDM+MIMO技术的不断发展,引发了融合。

一些4G 及3.5G 的关键技术,如OFDM 技术、MIMO 技术、智能天线和软件无线电等,开始应用到无线局域网中,以提升WLAN 的性能。

如802.11a 和802.11g 采用OFDM 调制技术,提高了传输速率,增加了网络吞吐量。

802.11n将MIMO 与OFDM 技术相结合,使传输速率和传输距离大幅提高。

总的来看,MIMO OFDM 技术是联合OFDM 和MIMO 而得到的一种新技术,是下一代无线局域网发展的趋势。

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,增加了多径容限,综合采用了发送分集、空间复用、接收分集和干扰消除、软译码、信道估计、同步、自适应调制和编码等多项关键技术设计。

此外,一组由英特尔主导的针对高容量无线城域网(WMAN )的通信标准802.16(WiMAX)也是以MIMO+OFDM 技术为核心的。

2.2　MAC 层优化技术从网络逻辑结构上来看,802.11只定义了物理层及介质访问控制(MAC)子层。

MAC 层提供对共享无线介质的竞争使用和无竞争使用,具有无线介质访问、网络连接、数据验证和保密等功能。

802.11n 标准小组为了提升整个网络的吞吐量,对MAC 层协议进行了优化,改变了协议帧结构中前导信号(Preamble)、信头(Header )和负载(Payload )等要素所占的字节长度,增加了净负载所占的比重,减少了同步、帧间隔和管理检错所占的字节数,大大提升了网络的吞吐量。

2.3　智能天线技术目前,智能天线技术备受关注。

国际电联已明确将智能天线技术作为新一代移动通信技术发展的主要方向。

智能天线技术是在微波技术、自动控制理论、自适应天线技术、数字信号处理技术等多学科基础上综合发展而成的一门新技术。

它之所以受到人们的普遍重视,是由于它能够自动适应环境变化,增强系统有用信号检测能力,优化天线方向图,并能有效地跟踪有用信号,抑制和消除干扰及噪声。

在WLAN 系统中引入智能天线技术,将有助于解决802.11n 的传输覆盖范围问题,进一步提高信号传输的可靠性。

通过多组独立天线组成的天线阵列系统,动态调整波束的方向,保持系统性能的最佳。

其特点是能够通过其自身的反馈控制系统以较低的代价换得天线覆盖范围、系统容量和频谱效率、业务质量和抗阻塞性能的提高。

一方面,智能天线技术使802.11n 为用户提供更好的移动性和更高数据率的通信服务,另一方面也可以作为蜂窝移动通信的宽带接入部分,与无线广域网更紧密地无缝结合。

图4　智能天线的基本结构示意图今后智能天线技术的发展方向是使用天线阵列理论、信号处理、自动控制、检测与估值、计算机和微电子技术、最优化理论,综合集成天线阵列、高速A/D 、数字信号处理(DSP)和高速总线等技术,并将软件无线电技术与数字波束形成(DBF )技术结合使用,使天线从过去基本上属于场的领域向场路结合的新方向发展。

2.4　软件无线电技术软件无线电是指研制出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。

它是AMPS 、T ACS 、GSM 、CDMA 等新技术和标准不断出现、处理速度不断提高和价格不断下降的产物。

对于无线局域网领域而言,软件无线电把硬件作为无线通信的基本平台,而将尽可能多的无线及个人通信功能用软件手段来实现。

软件无线电在无线局域网中最显著的应用体现在智能天线上:软件无线电将模拟信号的数字化过程尽可能地接近天线,将A /D 转换器尽量靠近RF 射频前端,利用DSP 的强大处理能力和软件的灵活性实现信道分离、调制解调、信道编码译码等,从而为无线局域网从低端向高端产品迈进提供了现实的解决方案。

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IEEE 802

IEEE 802

IEEE 802.11n技术标准及其在无线局域网中的应用IEEE 802.11n技术标准是基于现有无线局域网技术标准的升级版本。

它被开发出来以解决当时存在的一些问题。

该技术标准通过提高无线局域网的带宽和速度来提供更快、更可靠的无线连接。

IEEE 802.11n技术标准现在成为了当前越来越普遍的Wi-Fi连接的主流技术之一，包括在家庭、企业和公共场所等各种环境。

IEEE 802.11n技术标准的一个主要特点是它支持使用多天线技术的MIMO(Multiple Input Multiple Output)。

使用MIMO技术，数据信号可以通过多个天线进行传输和接收，从而实现更多的数据吞吐量和更高的数据传输速度。

数据信号可以在发送和接收之间进行多路径传输，从而增加了信号的强度和可靠性。

这种技术也被称为空时编码（Spatial Coding），可以让无线信号更好地传输，避免了传输距离过远或信号遭到他物干扰等问题。

IEEE 802.11n技术标准提供了更高的峰值带宽，可达到300Mbps，但实际的数据传输速度会受到很多因素的影响，比如环境、信号干扰和设备限制等等。

同时，IEEE 802.11n还支持一系列的可选功能和扩展，比如增加通道数和更高层次的优先级控制，这些功能使得IEEE 802.11n在不断的演化和改进中能够更好地适应不同的需求和应用场景。

在无线局域网中，IEEE 802.11n技术标准的应用非常广泛。

家庭或办公室中的无线路由器或接入点都可以使用IEEE 802.11n 技术标准提供更稳定、更快的无线连接，实现更高的网络带宽和更快的数据传输。

此外，各种无线设备，比如智能手机、平板电脑、笔记本电脑等，都可以使用IEEE 802.11n技术标准连接到无线网络中。

总之，IEEE 802.11n技术标准能够提供更强大、更快速、更可靠的无线连接。

这样的技术标准在无线局域网中的应用将会继续成为未来的主流。

在不断摸索和发展中，在各种无线设备和应用的使用中，IEEE 802.11n技术标准也将不断地被升级和改进，实现更广泛的应用场景和更多的需求。

802 11n技术及应用介绍

802 11n技术及应用介绍

附件7：802.11n技术及应用介绍一、802.11n简介802.11n是基于IEEE 802.11系列WLAN标准的后续演进技术，致力于高吞吐量研究，正式标准已于2009年9月发布。

在传输速率方面，802.11n可以将WLAN的传输速率由目前802.11a及802.11g 提供的54Mbps，提升到300Mbps甚至高达600Mbps。

在工作频段及带宽方面，802.11n可以工作在双频模式，即2.4GHz和5GHz两个工作频段，支持20MHz和40MHz两种信道带宽。

在兼容性方面，802.11n 产品可以支持对802.11a/b/g的兼容。

二、802.11n关键技术（一）物理层关键技术同802.11a/b/g相比，802.11n物理层引入的关键技术主要包括MIMO、信道绑定、更多子载波、短GI等，下面将逐一对这些关键技术进行详细介绍。

1、 MIMOMIMO技术已成为下一代无线通信中最核心的关键技术之一。

同其他系统一样，802.11n也通过使用MIMO（多入多出）技术实现性能改进。

MIMO无线传输同时发送多个无线信号，并且利用多径效应，形成多个空间流。

每个空间流都利用独立的天线发送，使用单独的发射器。

多个发射机的应用体现了MIMO的优势：即采用不同的空间信息流分别承载各自的信息，从而大大提高了数据传输速度。

在802.11n标准中定义了1~4空间流的MIMO技术，如采用2空间流可以将802.11的速率提升2倍，采用4空间流可以将802.11的速率提升四倍，达到600Mbps。

从目前产品实现角度来看，目前的11n产品普遍支持到2空间流，即理论峰值速率可达300Mbps。

2、信道绑定频带宽度是影响传输速率的一个重要因素，传统的802.11标准空口都工作在20MHz频宽，802.11n技术通过将相邻的两个20MHz 信道绑定成40MHz，使传输速率成倍提高。

3、更多子载波与802.11a/g 一样，802.11n继续采用OFDM调制技术。

wifi与802.11abgn简介

wifi与802.11abgn简介

wifi与802.11abgn简介笔记本上一般会有两块网卡，一块是需要连接网线的千兆以太网卡，一块是可以实现无线互联的802.11无线网卡。

WI-FI与802.11关系Wi-Fi是一个无线网路通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟(Wi-Fi Alliance)所持有。

目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性（兼职性）。

现时一般人会把Wi-Fi及IEEE 802.11混为一谈。

甚至把Wi-Fi等同于无线网际网路。

实际上，Wi-Fi是无线局域网联盟（WLANA）的一个商标，该商标仅保障使用该商标的商品互相之间可以合作，与标准本身实际上没有关系。

但是后来人们逐渐习惯用WIFI来称呼802.11b协议。

Wifi的优点WiFi最主要的优势在于不需要布线，可以不受布线条件的限制，因此非常适合移动办公用户的需要。

另外，WIFI布建网络还非常的安全健康，因为IEEE802.11规定的发射功率不可超过100毫瓦，实际发射功率仅为约60~70毫瓦，这是一个什么样的概念呢？手机的发射功率约200毫瓦至1瓦间，手持式对讲机高达5瓦，而且无线网络使用方式并非像手机直接接触人体，是绝对安全的。

Wifi的缺点在当今各种无线局域网技术交织的战国时代，WLAN、蓝牙、HomeRF、UWB等竞相绽放，但IEEE802.11系列的WLAN是应用最广泛的。

从1997年IEEE802.11标准实施以来，先后有802.11b、802.11a、802.11g、802.11e、802.11f、802.11h、802.11i、802.11j等标准制定或者酝酿，但是WLAN依然面临带宽不足漫游不方便、网管不强大、系统不安全和没有杀手级的应用等问题。

为了实现高带宽、高质量的WLAN服务，使无线局域网达到以太网的性能水平，802.11n应运而生。

目前迅驰二平台笔记本均采用的是802.11n标准协议的无线网卡。

笔记本的无线网卡笔记本的无线网卡，经常都标有802.11a/b/g、或者802.11a/g/n，可能很多初识笔记本的网友看了一头雾水，今天就搜索一些资料，给大家一些说明。

无线WiFi-802.11N技术

无线WiFi-802.11N技术

802.11n技术802.11n是在802.11g和802.11a之上发展起来的一项技术，最大的特点是速率提升，理论速率最高可达600Mbps（目前业界主流为300Mbps）。

802.11n可工作在2.4GHz和5GHz两个频段，分别向下兼容802.11g 和802.11a。

2009年9月11日这天，802.11n正式成为标准，整个WLAN产业链也为之一振，随后各种支持802.11n 的终端变得越来越普遍，802.11n在未来的物联网背景下显得举足轻重。

关键技术一：MIMOMIMO（音maimou），即多输入多输出，主要原理是通过多根天线发射和接收多条空间流。

传统方式只能发射和接收一条空间流，所以从理论上通过MIMO可以成倍的增加无线传输的速率，而不需要增加实际的频谱资源开销。

802.11n协议规定最大为4条空间流，理论速率为600Mbps。

而目前由于产业链也在发展当中，最为普及的是300Mbps的速率，即采用2条空间流的方式进行。

介于2条和4条之间，当然还有一种3条流的方式，最大速率为450Mbps。

也就是说，目前业界的11n产品也在不断发展当中，一个基本的趋势就是“300Mbps->450Mbps->600Mbps”。

MIMO的实现依赖于多天线技术。

如果把一个802.11n的AP比作一辆家用汽车，那么300Mbps相当于是1.6L 排量，450Mbps和600Mbps相当于是2.0L和2.0T的排量。

在300Mbps这档中有三种不同的MIMO实现方式，分别是2×2、2×3和3×3（前者表示发射天线的个数，后者表示接收天线的个数）。

2×2可以认为是手动低配版（天线的个数绝对不可能小于空间流的个数），而2×3和3×3则是分别属于“中等配置”和“高级配置”。

虽然这三种MIMO方式显示的理论速率均为300Mbps，但是在实际使用的感受上，802.11n的传输性能与MIMO天线的多少息息相关，天线越多，实际获得的吞吐量越高，使用当中抗干扰的能力也会更强。